«. . . une baisse de 2,8% des émissions globales de CO2pour 2009.»
Telles étaient les prévisions des chercheurs du Groupement d’Experts Intergouvernemental sur l’Évo-lution du Climat en 2008, en s’appuyant sur les estimations de la croissance mondiale par le Fond Mo-nétaire International. Bien que les chiffres définitifs ne soient pas encore publiés, cette valeur ne sera vraisemblablement pas atteinte (EurObserv’ER, 2009). Le léger ralentissement noté en 2008 et le recul prévu pour 2009 ne compensent pas les résultats des années antérieures, les émissions de la décennie en cours se situent légèrement au-delà du plus pessimiste des scénarios proposés par le consortium du Groupement d’Experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat, estimant en l’absence de mesures de réduction massive des émissions des gaz à effet de serre, une augmentation de température moyenne mondiale entre 1,4 et 5,8 °C d’ici 2020. Malgré les controverses autour de la démarche scientifique et des prévisions publiées par ce consortium, la diminution des rejets de CO2au sein de l’union européenne n’en reste pas moins un enjeu et un débat sur les scènes politique, économique et scientifique.
À l’échelle mondiale, l’étude annuelle du consortium scientifique Global Carbon Project rapporte une augmentation en 2008 des émissions mondiales de CO2à 107tC, établissant un nouveau record (Global Carbon Project, 2007). La combustion des ressources fossiles1 compte pour l’essentiel des émissions anthropogéniques de CO2, à hauteur de 8,7.106tC ; quantité excédant de 29% le niveau de l’année 2000 et de 41% celui de 1990, année de référence du protocole de Kyoto. La problématique des émissions de CO2est d’intérêt mondial, en dépit de la disparité des politiques conduites aux échelles nationales.
Les premiers secteurs pointés du doigt vis-à-vis des émissions de CO2restent le transport et le rési-dentiel, deux secteurs liés à la consommation énergétique. Le dernier grand sommet en date, le COP 152 qui s’est déroulé en 2009 à Copenhague a clairement établi que la stabilisation des rejets de gaz à effet de serre impliquait le développement des énergies renouvelables.
Les conflits liés à la diminution des ressources en énergies fossiles nourrissent également l’actua-lité de ce début de siècle. La demande mondiale en énergie primaire a augmenté d’environ 2% par an, de 1980 à 2005. Adoptée en avril 2009, la directive 2009/28/CE sur les énergies renouvelables traduit l’engagement des états membres de l’union européenne d’atteindre l’objectif d’une consommation éner-gétique provenant à hauteur de 20% d’énergies renouvelables, d’ici fin 2010. Les développements des différentes technologies — l’éolien, le photo-voltaïque, le solaire thermique, la géothermie, les biocar-burants, le biogaz, etc. — relatives aux diverses énergies renouvelables connaissent des croissances
im-1pétrole, charbon, gaz, etc.
portantes. La complémentarité de ces technologies offre une réponse pertinente à la demande en énergie primaire. Dans l’éventail des technologies offrant une solution à la diminution des réserves d’énergies fossiles polluantes, il convient de mentionner le développement des technologies à très faibles rejets de CO2, telles que les piles à combustible, pouvant être alimentées avec du gaz naturel ou du biogaz épuré (Basu, 2007).
L’intérêt environnemental de la réduction des émissions de CO2coïncide avec les démarches adop-tées pour la production et la consommation des énergies futures. Acteur direct selon ces deux axes, le biogaz apparaît comme une technologie versatile et prometteuse. L’impact environnemental de la pro-duction et valorisation du biogaz est facilement démontrable. La simple conversion par combustion du CH4 en CO2 réduit à 8% le potentiel initial de gaz à effet de serre d’un biogaz émis directement dans l’atmosphère. Cette amélioration du bilan carbone est multipliée si le biogaz est épuré et valorisé.
La production européenne d’énergie primaire à partir de cette « ressource » a atteint 7,5.106tep en 2008. Soit une augmentation de 4,4% par rapport à 2007, avec 318,6.103 tep supplémentaires (EurOb-serv’ER, 2009). Les prévisions relatives à la production énergétique à partir de biogaz estiment que la conversion de la biomasse disponible en Europe en biogaz couvrirait 50% des besoins du secteur trans-port de l’union européenne en 2020 (EurObserv’ER, 2009). Le biogaz est donc une filière en pleine expansion, au potentiel remarquable. Un rapide état des lieux de la production de biogaz en Europe en 2007 est représenté sous forme cartographique sur la figure 1. L’Allemagne est le premier pays pro-ducteur de biogaz avec 3,7.106 tep en 2008, suivie du Royaume-Uni. La France représente la troisième production et valorisation de biogaz en Europe avec un volume inférieur à 0,5.106tep en 2008. Cette dif-férence de production marque l’écart prononcé qui existe entre les deux premiers producteurs européens et le reste de l’union européenne, tout en suggérant implicitement le potentiel restant à exploiter dans un pays comme la France, premier au classement européen en terme de capacité de production de biogaz, où 82 projets ont été promus dans le cadre du Plan de Performance Énergétique, ces deux dernières années.
Problématique
Un biogaz brut s’assimile à un mélange gazeux complexe : CH4 et CO2représentent au minimum 95% de la composition, H2S, H2O, NH3 sont présents en quantités non négligeables et des composés orga-niques volatils à l’état de traces concluent cette composition. Un nombre diverses d’applications sont envisageables pour la valorisation d’un biogaz : production d’électricité, cogénération d’électricité et de chaleur, biométhane carburant, injection dans le réseau de gaz naturel, alimentation de pile à combustible, etc.
L’exploitation de ces voies de valorisation requiert la mise en œuvre de procédés de purification du gaz brut, dont le degré de traitement est conditionné par l’application ciblée. Toutefois, les espèces délé-tères majeures comme le sulfure d’hydrogène H2S ou les composés organiques halogénés sont prohibées de toutes les voies de valorisations énergétiques des biogaz. Depuis une vingtaine d’année, divers pro-cédés de purification ont été proposés, en particulier, des propro-cédés considérant comme composé cible H2S et des procédés de séparation CH4–CO2. Les technologies habituelles sont employées : absorption, condensation ou cryogénisation, séparation membranaire et adsorption.
La croissance du niveau de technicité des voies de valorisation a permis l’augmentation des rende-ments de production énergétique à partir des biogaz, au dépens des limites d’admissibilité en composés 2
FR UK BE NL LU DE AT SI PL LT LV EE HU CY CZ DK SE FI SK BG RO IE ES IT GR MT PT 33,5 1 624,2 97,9 174,0 78,6 2 383,1 27,2 36,7 4,2 2,5 62,6 8,6 20,2 78,5 139,1 11,9 0,2 47,8 406,2 10 309,2 329,9 15,4 EU(27) 5 901,2 5 901,2
Biogaz de décharges/Landfill gas
Biogaz de stations d’épuration/Sewage sludge gas
Autres biogaz (unités décentralisées de biogaz agricole, etc.)/Other biogases (decentralised agricultural plant, etc.) Les chiffres en rouge indiquent la production totale en ktep/Red figures show total production in ktoe
Source : EurObserv’ER 2008
Production d’énergie primaire de biogaz de l’Union européenne en 2007 (en ktep)/
Primary energy production of biogas of the European Union in 2007 (in ktoe)
* Estimation/Estimate.
Légende/Key
Figure 1 –Production d’énergie primaire de biogaz en Europe en 2007 (EurObserv’ER, 2008).
néfastes. Ce développement couplé à l’émergence de nouveaux composés nocifs dans la composition des biogaz, comme les siloxanes présents à l’état de traces a démontré les limites des procédés de purifica-tion habituellement employés ; des procédés alternatifs de purificapurifica-tion des composés à l’état de traces sont nécessaires.
De manière analogue, l’alimentation d’une pile à combustible par du gaz de ville ou un autre gaz à forte teneur en CH4, tel que du biométhane requiert une purification poussée de celui-ci. En particulier, la désulfuration3 complète du gaz est péremptoire pour protéger la pile et garantir son fonctionnement optimal.
Parmi les technologies de purification, l’adsorption sur charbon actif est une réponse pertinente et économiquement viable, pour l’épuration des composés à l’état de traces dans des matrices complexes. De plus, cette technologie versatile est applicable et dimensionnable à des procédés nécessairement conti-nusde valorisation énergétiques des biogaz.
La perspective finale est la suivante : un procédé de traitement continu d’adsorption sur charbon actif des composés à l’état de traces dans des gaz à fort potentiel énergétique. Compte tenu de la possibilité de régénérer par effet Joule les textiles de carbone activé, ceux-ci offrent une option prometteuse en tant que matériau adsorbant pour le procédé.