Qu’est-ce que l’énergie biogaz ?

L’énergie biogaz représente une solution prometteuse dans la quête d’alternatives aux énergies fossiles. Issue de la décomposition de matières organiques, cette source d’énergie renouvelable offre non seulement une manière de valoriser les déchets, mais aussi de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Comprendre les mécanismes de production du biogaz, ses applications et ses avantages peut permettre à chacun de mieux appréhender son rôle dans le paysage énergétique de demain.

Qu’est-ce que l’énergie biogaz ?

L’énergie biogaz est une forme d’énergie renouvelable produite par la décomposition de matières organiques telles que des déchets alimentaires, du fumier, et des résidus agricoles.

Ce processus produit du biogaz, composé principalement de méthane et de dioxyde de carbone. Cette énergie peut être utilisée pour générer de l’électricité, de la chaleur, et parfois transformée en biométhane, qui peut être injecté dans les réseaux de gaz naturel.

Quels sont les principes de base de l’énergie biogaz ?

Les principes de base de l’énergie biogaz reposent sur le processus de décomposition des matières organiques en l’absence d’oxygène, connu sous le nom de méthanisation ou digestion anaérobie. Ce processus suppose :

• l’utilisation de matières premières ;
• un procédé de fermentation ou digestion anaérobie ;
• la production de biogaz ;
• la valorisation du digestat, résidu solide ou liquide restant après la méthanisation.

 

Comment utilise-t-on les déchets organiques pour produire du biogaz ?

Les matières premières utilisées dans le processus de méthanisation peuvent être des déchets agricoles (fumiers, lisiers, résidus de récoltes), des déchets industriels (résidus agroalimentaires, boues de stations d’épuration) ou encore des déchets ménagers (biodéchets, restes de cuisine). Elles peuvent aussi provenir de cultures énergétiques spécialement cultivées pour produire du biogaz.

Ces matières organiques sont collectées puis broyées et homogénéisées pour faciliter leur décomposition. Ce prétraitement peut inclure des étapes de déshydratation ou de dilution selon la consistance des matières.

Qu’est-ce que la méthanisation ?

La méthanisation, ou digestion anaérobie, est un processus biologique par lequel des matières organiques sont décomposées par des micro-organismes, en l’absence d’oxygène, pour produire du biogaz et un résidu solide ou liquide appelé digestat. Ce processus se déroule en quatre étapes dans un environnement contrôlé, généralement au sein d’un digesteur :

• 1. Hydrolyse : Les macromolécules organiques complexes (protéines, glucides, lipides) sont décomposées en molécules plus simples (acides aminés, sucres, acides gras).
• 2. Acidogénèse : Les produits de l’hydrolyse sont convertis en acides gras volatils, alcool, dioxyde de carbone et hydrogène, par les bactéries acidogènes.
• 3. Acétogénèse : Les acides gras volatils et l’alcool sont transformés en acétate, dioxyde de carbone et hydrogène par les bactéries acétogènes.
• 4. Méthanogénèse : Les bactéries méthanogènes convertissent l’acétate, le dioxyde de carbone et l’hydrogène en méthane (CH₄) et en dioxyde de carbone (CO₂).

 

Comment fonctionne un digesteur anaérobie ?

Le digesteur anaérobie, aussi appelé digesteur de méthanisation ou méthaniseur, est le système conçu pour le procédé de méthanisation. Le digesteur est composé d’une cuve, une structure hermétique souvent construite en acier ou en béton, conçue pour empêcher l’entrée d’oxygène, et d’un système de mélange pour assurer une décomposition uniforme et prévenir la formation de couches.

Un système de chauffage maintient une température constante pour favoriser l’activité microbienne. Un système de collecte du biogaz capture le biogaz produit à partir du sommet du digesteur. Le biogaz est ensuite acheminé vers des unités de stockage ou de traitement. Le digestat évacué du digesteur peut être utilisé comme engrais organique ou pour d’autres applications agricoles.

Comment le biogaz est-il utilisé pour produire de l’électricité et de la chaleur ?

Le biogaz peut être utilisé pour produire de l’électricité et de la chaleur grâce à des technologies de cogénération, qui exploitent la capacité du biogaz à être brûlé comme combustible.

Production d’électricité

Pour produire de l’électricité, le biogaz purifié est brûlé dans des moteurs à combustion interne ou des turbines à gaz. Ces dispositifs convertissent l’énergie chimique du biogaz en énergie mécanique, qui est ensuite transformée en électricité par un générateur.

Les moteurs à combustion interne sont couramment utilisés en raison de leur fiabilité et de leur efficacité pour des installations de taille moyenne, tandis que les turbines à gaz sont plus adaptées aux grandes installations nécessitant un rendement élevé.

Production de chaleur

Le biogaz peut être directement brûlé dans des chaudières pour produire de la chaleur utilisée pour des processus industriels ou le chauffage des bâtiments. Cependant, une approche plus efficace consiste à utiliser des systèmes de cogénération (ou CHP – Combined Heat and Power).

Dans ces systèmes, un moteur ou une turbine produit de l’électricité, et la chaleur résiduelle générée par ce processus est récupérée et utilisée pour le chauffage. Cela permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie contenue dans le biogaz.

Les systèmes de tri-génération vont encore plus loin en utilisant la chaleur excédentaire pour produire du froid via des systèmes de réfrigération par absorption, ce qui est particulièrement utile dans les bâtiments commerciaux et industriels.

Le biogaz est-il respectueux de l’environnement ?

L’énergie biogaz est généralement considérée comme respectueuse de l’environnement, car elle contribue à réduire la consommation de ressources naturelles. Cependant, le biogaz présente un certain nombre de défis.

Le biogaz permet :

• La réduction des émissions de gaz à effet de serre, en capturant et en utilisant le méthane pour produire de l’énergie.
• La valorisation des déchets organiques, en contribuant à une gestion plus durable de ces déchets.
• La réduction de la dépendance aux énergies fossiles, en favorisant une transition vers une source d’énergie plus durable.
• La production de fertilisants naturels, en remplaçant les engrais chimiques par le digestat, produit de la digestion anaérobie.

 

Toutefois, bien que la combustion du biogaz soit plus propre que celle des combustibles fossiles, elle n’est pas exempte d’émissions. La méthanisation produit du dioxyde de carbone et des oxydes d’azote. De plus, le biogaz contient souvent du sulfure d’hydrogène (H2S), qui est corrosif et toxique. Sa gestion nécessite des systèmes de purification pour éviter la corrosion des équipements et les émissions toxiques.

En outre, le méthane est en effet un puissant gaz à effet de serre. Des fuites de méthane lors de la production, du transport et de l’utilisation du biogaz peuvent annuler ses avantages environnementaux. Il est donc crucial de réduire au maximum ces fuites afin d’optimiser les bénéfices écologiques de l’énergie issue du biogaz.

Quels sont les avantages et les inconvénients de l’énergie biogaz ?

Outre ses avantages environnementaux, la production d’énergie biogaz peut créer des emplois dans la collecte des matières premières, l’exploitation d’une nouvelle installation de méthanisation, ainsi que dans la maintenance et la gestion des systèmes.

De plus, les installations de biogaz peuvent être utilisées pour répondre aux variations de la demande en électricité et en chaleur et contribuer ainsi à la stabilité du réseau électrique et à la régulation de la demande énergétique.

Cependant, le processus de méthanisation et de purification du biogaz nécessite souvent une consommation d’eau significative pour le traitement des matières premières et des effluents, ce qui peut poser problème dans les régions où l’eau est une ressource limitée.

Quel est l’avenir de l’énergie biogaz ?

Alors que la filière du biogaz en Europe est en pleine expansion, l’avenir de l’énergie biogaz en France s’annonce prometteur. Le pays s’est fixé des objectifs ambitieux pour augmenter la part des énergies renouvelables dans son mix énergétique. La Programmation pluriannuelle de l’Énergie (PPE) prévoit une augmentation significative de la production de biogaz, avec des objectifs précis pour l’injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel.

Divers mécanismes de soutien, tels que les tarifs d’achat garantis pour l’électricité produite à partir de biogaz et les aides à l’investissement pour les installations de méthanisation, encouragent le développement de projets. Depuis 2007, l’ADEME aide financièrement les projets de méthanisation des déchets industriels, agricoles et municipaux. Depuis, le développement des infrastructures pour l’injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel se poursuit en France.

Avec l’amélioration des technologies et le soutien continu des politiques publiques, le potentiel de croissance de l’énergie biogaz en France est encore important, notamment dans les zones rurales et les régions à forte activité agricole.