4. CARACTÉRISATION DES PRODUCTIONS / UTILISATEURS D’ÉNERGIE CALORIFIQUE DES

4.1. I DENTIFICATION DES PROCEDES DE VALORISATION ENERGETIQUE DES DECHETS INTERESSES

4.1.2. Méthanisation et valorisation du biogaz d’ISDND

4.1.2.1.

Généralités

Méthanisation - Définition

La méthanisation est un procédé anaérobie de dégradation biologique qui transforme la matière organique en biogaz.

C’est une méthode qui permet d’obtenir un biogaz contenant ≈ 65% de méthane.

- Les secteurs concernés par la méthanisation

Les déchets méthanisables sont les déchets organiques à savoir : les déchets verts, les déchets des industries agroalimentaires, les déchets agricoles, les déchets du marché, les déchets putrescibles, les ordures ménagères, les boues de station d’épuration des eaux usées urbaines ou industrielles et les déchets d’élevage (liste non exhaustive).

Le secteur agricole peut également être impliqué dans des projets de méthanisation de cultures énergétiques.

Ce développement, qui a contribué à l’essor de la méthanisation agricole en Allemagne, est actuellement peu développé en France.

- Illustration

Le processus de méthanisation est illustré sur la figure de droite. Les déchets méthanisables sont pré-traités avant d’être introduit dans le digesteur où ils subiront les transformations nécessaires permettant d’aboutir à la production de biogaz et de digestat. Le biogaz et/ou biométhane extrait sera utilisé pour produire de l’électricité et/ou de la chaleur.

Le schéma ci-après illustre une étape d’extraction du procédé Strabag par digestion sèche thermophile dans la fraction fermentescible pour produire de l’énergie à partir du biogaz

(Source : Cadet International)

Biogaz d’ISDND - Définition

Le biogaz est produit par la décomposition anaérobie des déchets organiques contenus dans les déchets ménagers (150 à 250 kg par tonne de déchets en fonction de l’origine urbaine ou rurale et des tris préalables effectués).

Le biogaz issu des centres de stockage de déchets contient ≈ 45 % de méthane (CH4).Les techniques de valorisation du biogaz permettent de réduire et de valoriser efficacement ses émissions de CO2 des sites, grâce notamment à une amélioration du captage du biogaz.

- Procédés de valorisation du biogaz

Il existe trois principaux modes de valorisation du biogaz à savoir : - la valorisation électrique seule ou en cogénération, - la valorisation thermique,

- la production de biométhane pour l’injection dans le réseau gaz ou pour l’utilisation en carburant.

Combustion en torchères : La valorisation du biogaz n’est rentable que pour des grandes productions.

Le torchage consiste à brûler le méthane pour le transformer en CO2, dans le but de limiter son impact sur l’effet de serre.

Valorisation thermique : Le méthane peut être utilisé comme source de chaleur. C’est la voie la plus ancienne et la mieux maîtrisée. La combustion de 1 m3 de méthane libère 8 570 kcals qui en équivalent énergie donne : 1 litre de gas-oil, 0,94 m3 de gaz naturel ou 9,7 kW/h d’électricité.

Il suffit de brûler le gaz pour récupérer de la chaleur qui sert à produire de l’eau chaude ou de la vapeur, éventuellement utilisable par une collectivité ou un établissement de proximité.

Valorisation électrique : Le biogaz peut être transformé en électricité pour peu qu’il renferme au minimum 40% de méthane et une production avec un débit de 400 m3/h. La voie classique pour produire de l’électricité à partir du biogaz est l’utilisation de moteur.

Valorisation en cogénération : La cogénération est la production de chaleur et d’électricité à partir du biogaz.

Les moteurs possèdent un rendement électrique de 35%.

La récupération de la chaleur permet d’atteindre un rendement global de 85% si toute la chaleur produite est utilisée.

Valorisation en biocarburant : Largement développé en Suède, la valorisation en biocarburant reste assez limitée dans les autres pays d’Europe. En France plusieurs expériences ont été menées (Chambéry, Lille et Sonzay)pour alimenter les véhicules de collectivités locales. Les spécificités sur la qualité du biogaz dans cette application sont plus sévères que les précédentes.

Valorisation par injection dans les réseaux de gaz de ville : Pour injecter le biogaz dans les réseaux de gaz de ville, certaines spécifications sont nécessaires comme les teneurs en méthane, dioxyde de carbone, hydrogène sulfuré, oxygène, composés organo-halogénés. Cette valorisation est déjà appliquée dans plusieurs pays tels que le Danemark, les Pays-Bas, la Nouvelle-Zélande et arrive en France grâce notamment aux initiatives de la communauté urbaine de Lille Métropole.

Nombre d'installations de méthanisation par secteur

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ordures ménagères Agricole et territorial Stations d'épurations urbaines

Industries Secteurs

Nombre d'installations

4.1.2.2.

Etats des lieux et perspectives de la production de biogaz en France

Dans le but d’atteindre l’objectif de 23% d’énergie produite à partir de sources renouvelables fixé par le Paquet Climat Européen et le Grenelle Environnement d’ici 2020, le biogaz a fait l’objet d’une récente étude initié par l’ADEME et GrDF dans le cadre de leur collaboration sur la maîtrise d’énergie et des énergies renouvelables.

Le biogaz, produit à partir de la fermentation de matières organiques animales ou végétales, appelée méthanisation, doit devenir rentable afin de poursuivre son développement selon l’étude de marché de la méthanisation et des valorisations du Biogaz, menée par la Cabinet Ernst & Young.

D’après cette étude, les tendances de développement de la production du biogaz en France conduisent à évaluer la production totale de biogaz en 2020 à :

près de 5,5 TWh par les installations de méthanisation, soit un quasi triplement en un peu plus de 10 ans ;

et près de 6 TWh pour le biogaz capté par les ISDND, soit un niveau sensiblement constant par rapport à celui d’aujourd’hui.

L’étude englobe les évolutions de la filière survenues depuis 2004, notamment par la revalorisation de tarif d’achat et de l’avis favorable ordonné par l’Anses, anciennement l’AFSSET concernant la réintroduction du Biogaz dans le réseau de gaz naturel. Elle révèle en outre un bilan sur la production et la valorisation du Biogaz et les genèses de l’évolution par rapport à l’objectif de 23 % d’énergies renouvelables.

Les informations qui vont suivre sont en grande partir issues de l’étude menée par le Cabinet Ernst &

Young et co-financé par l’ADEME et GRDf et présente des quantités d’énergie en GWhsurPCI biogaz.

Unités de production et/ou captage de biogaz

On dénombre en 2008 en France 481 sites de production et/ou captage de biogaz dont 180 installations pour la méthanisation et 301 ISDND (Source : Sinoe).

Sur les 301 ISDND recensées, 201 déclaraient capter le biogaz et 65 le valoriser (71 en 2010).

Le captage du biogaz dans les ISDND est une obligation réglementaire. Les installations ne captant pas le biogaz sont en général des sites où il n’y plus de production de biogaz ou pas assez pour justifier la mise en place d’un dispositif de captation.

Sur les 180 installations de méthanisation qui sont opérationnelles en France en 2008, 90% appartiennent au secteur industriel et à celui de l’épuration urbaine. Il s’agit de secteurs pour lesquels les premières unités ont été construites dans les années 50 et ont connu depuis un développement constant.

Le secteur agricole ne compte que 12 installations récentes malgré la construction d’une centaine d’installations dans les années 80.

La méthanisation des ordures ménagères se limite en 2010 à 6 installations, pour la plupart récentes.

Nombre d’installations de méthanisation en 2008 Source : Enquête EY 2009, étude AND 2004, ADEME

Valorisation

Le secteur de la méthanisation regroupe quatre secteurs dont les deux principaux à savoir industries et STEP urbaines ont la plus forte valorisation thermique ; respectivement 487 et 532 GWh/an.

Présente dans les quatre secteurs de la méthanisation, la cogénération reste toutefois primordiale dans le secteur agricole où 92% du biogaz produit est valorisé en cogénération.

Le secteur des industries possède le volume le plus important de biogaz non valorisé (177 GWh/an), suivi par le secteur des STEP urbaines (171 GWh/an).

Dans le secteur des OM, seules 5 installations ont produit du biogaz en 2008 (Amiens, Le Robert, Calais, Varennes-Jarcy et Lille). Toutes ces installations torchent une partie du biogaz qu’elles produisent. : la totalité dans le cas du Robert (quantité de biogaz produite insuffisante pour faire fonctionner les moteurs), 35% à Amiens (dysfonctionnements), 6% à Varennes-Jarcy (proportion torchée difficilement compressible), et 79% à Calais (quantité de biogaz produite insuffisante pour faire fonctionner les moteurs).

Lille Métropole est la 1ère collectivité en France depuis le 17/06/2011 et la seule à être équipée d’un système d’injection du biométhane produit au CVO de Sequedin.

- Types de valorisation

Les acteurs du marché impliqués en 2009 dans la valorisation du biogaz se positionnent en fonction du type de valorisation. Les principaux acteurs impliqués sont présentés dans le tableau ci-dessous :

- La production de biogaz Les installations de captage du biogaz d’ISDND représentent un peu plus des trois quarts de la production de biogaz en France.

93% du biogaz de méthanisation produit provient des secteurs des STEP urbaines et des industries. La méthanisation des OM quant à elle ne produit que 4% du biogaz produit par méthanisation contre 3%

seulement pour le secteur agricole.

Les quantités de biogaz produites en France en 2008 Source : enquête Ernst & Young 2009 et SINOE.

Les données relatives au captage de biogaz sont des données 2008, basées sur une extraction SINOE du 14 septembre 2009.

- La valorisation actuelle du biogaz Au total, 60% du biogaz produit en France est valorisé, le reste est torché.

• 78% du biogaz issu de la méthanisation est valorisé (22% est torché)

• 53% du biogaz issu des ISDND est valorisé

Les quantités de biogaz torchées et valorisées en 2008 par les unités de méthanisation et les ISDND en 2008

Source : Enquête Ernst & Young 2009 et Sinoe Perspectives d’évolution de la méthanisation et des valorisations du biogaz

Comme énoncé plus haut, les perspectives de développement de la production de biogaz en France en 2020 donnent, sans une modification majeure du contexte politique et économique, une production totale de près de 5,5 TWh par les installations de méthanisation soit un quasi triplement en un peu plus de 10 ans et près de 6 TWh issue du biogaz d’ISDND capté à l’horizon 2020 (soit un niveau sensiblement constant par rapport à celui d’aujourd’hui). Ce chiffre est à comparer au potentiel français de production de biogaz estimé entre 80 et 180 TWh par an sur la base de l’estimation du gisement de ressources fatales fermentescibles (rapport de l’AFGNV, 2009).

Cet écart important montre que la disponibilité de la ressource en biomasse ou déchets organiques n’est pas un frein au développement de la production de biogaz. Les principaux freins cités lors des entretiens d’experts et le séminaire stratégique sont le manque de rentabilité de la filière pour le secteur agricole et le manque de visibilité (retours d’expériences) pour les investisseurs.

Etat des lieux en 2008 et perspectives à l’horizon 2020 de production d’énergie issue de biogaz

Synthèse des perspectives de développement de la production de biogaz à l’horizon 2020

Mode de valorisation Utilisateurs

Chaleur

Utilisation en interne pour les besoins de l'entreprise (procédé, chauffage de bâtiments); vente à une collectivité publique ou à un réseau de chaleur, vente à

un tiers privés

Pour plus de détail sur tous les secteurs concernés par la méthanisation et la valorisation du biogaz de décharge en France, on renvoie le lecteur à l’étude des marchés et des valorisations des biogaz réalisée pour le compte de l’ADEME et GrDF par Ernst & Young.

In document Transport longue distance et stockage d énergie calorifique, en couplage avec des procédés de valorisation énergétique des déchets (Page 74-81)