Biogaz et biométhane: acteurs clés de l’économie circulaire et de la transition énergétique

« Le biogaz et le biométhane se distinguent dans l’écosystème de la biocircularité par leur capacité à offrir des solutions immédiates et viables dans la transition écologique. »

Margarita de Gregorio, PDG de Biocirc.

L’un des aspects fondamentaux dans la lutte contre le changement climatique est l’économie. Actuellement, l’économie linéaire, basée sur le modèle “extraire, produire, consommer et jeter”, contribue de manière significative à la crise environnementale en privilégiant les bénéfices économiques au détriment de la durabilité. Cette approche conduit à l’épuisement des ressources naturelles, à la génération de grandes quantités de déchets et à l’émission de gaz à effet de serre.

C’est pourquoi il est crucial de passer à ce que l’on appelle l’économie circulaire. Ce nouveau système économique encourage la gestion et la valorisation des déchets afin de les maintenir dans le cycle de production aussi longtemps que possible, contribuant ainsi à réduire à la fois la consommation de matières premières et la quantité de déchets générés.

La partie de l’économie circulaire qui englobe le cycle de production des secteurs utilisant des matières premières d’origine biologique est appelée biocircularité. Cette approche permet de remplacer les matières premières d’origine fossile par d’autres d’origine renouvelable, tout en réutilisant les déchets organiques, contribuant ainsi à la décarbonation de nombreux secteurs et à une gestion plus durable des déchets.

Dans ce contexte, le biogaz et le biométhane jouent des rôles cruciaux grâce à leur capacité à régénérer les systèmes naturels et à leur contribution à la transition énergétique. Mais commençons par le début.

Qu’est-ce que le biogaz et le biométhane?

Le biogaz est un gaz renouvelable, neutre en carbone, produit à partir de la digestion anaérobie de matières organiques, c’est-à-dire à partir de la biodégradation des déchets organiques en absence d’oxygène. Ainsi, au cours de ce processus, qui se déroule dans un réservoir hermétique ou digesteur, les glucides, protéines et lipides présents dans les déchets sont décomposés par une série de bactéries, libérant un mélange de gaz connu sous le nom de biogaz. En outre, ce processus produit également du digestat, un biosolide ayant une grande capacité fertilisante.

La composition du biogaz varie en fonction des déchets utilisés comme matière première ou substrat, bien qu’elle se situe généralement entre 50 et 75 % de méthane (CH₄) et 25 à 45 % de dioxyde de carbone (CO2), avec de petites quantités d’autres gaz tels que le sulfure d’hydrogène (H₂S), l’ammoniac (NH₃), les composés organiques volatils (COV) et la vapeur d’eau.

Parmi ces composants, la concentration de méthane est le facteur le plus important, car elle détermine le pouvoir calorifique du combustible. Un mètre cube de biogaz contenant 50 % de CH₄ produirait 5 kWh d’énergie, pouvant remplacer 0,50 m³ de gaz naturel, tandis qu’avec une concentration en méthane de 65 %, ce même mètre cube de biogaz produirait 6,40 kWh d’énergie, remplaçant 0,65 m³ de gaz naturel.(1)

Cependant, avant son utilisation énergétique, le biogaz doit subir un processus d’élimination des impuretés pouvant endommager les installations et réduire l’efficacité du système. Par exemple, le H₂S est hautement corrosif et peut détériorer les moteurs, turbines et autres équipements s’il n’est pas correctement éliminé. De même, la vapeur d’eau réduit le pouvoir calorifique du biogaz, ce qui rend sa séparation essentielle.

Après ce processus, le biogaz est prêt à être utilisé comme combustible pour la production de chaleur dans des chaudières à gaz ou pour la génération d’électricité via des moteurs à combustion, entre autres applications.

Cependant, pour élargir ses applications, le biogaz peut subir un processus supplémentaire, appelé “upgrading”, pour produire du biométhane. Ce processus consiste à éliminer presque totalement le CO₂ et d’autres composés résiduels, augmentant ainsi la concentration de méthane à plus de 95 %. Le résultat est un gaz renouvelable aux caractéristiques énergétiques comparables à celles du gaz naturel fossile.

L’avantage du biométhane par rapport au biogaz réside dans son pouvoir calorifique supérieur et sa capacité à remplacer le gaz naturel grâce à sa haute teneur en méthane. Cela permet au biométhane d’être injecté directement dans le réseau de gaz existant, étendant son utilisation à des secteurs tels que les transports, l’industrie et le résidentiel. Son intégration dans les infrastructures actuelles en fait une solution de décarbonation immédiate, en particulier par rapport à d’autres gaz renouvelables qui nécessitent le développement d’infrastructures spécifiques. De plus, si la production inclut la capture de CO₂ biogénique, le biométhane peut atteindre des émissions négatives de carbone.

Une opportunité dans la valorisation des déchets organiques

Le double avantage offert par le biogaz et le biométhane — en tant que sources d’énergie renouvelables et outils de réduction des émissions de gaz à effet de serre — suffit à les considérer comme des éléments clés de la transition vers un système énergétique durable et bas carbone. Mais leurs bénéfices vont bien au-delà de la simple production d’énergie : ces biocarburants apparaissent également comme une solution innovante et durable pour valoriser les déchets organiques produits par divers secteurs économiques.

Actuellement, une partie de ces déchets est mal gérée et finit souvent par polluer les sols, les eaux et l’atmosphère, ce qui a un impact environnemental important. Dans ce cadre, la digestion anaérobie peut jouer un rôle clé dans la gestion des déchets suivants :

• Secteur de l’élevage: Les déchets d’élevage, tels que le fumier, les purins, les litières usées et les eaux de nettoyage, peuvent entraîner la présence de métaux lourds dans les sols, la contamination des eaux par des excès de nitrates ou des émissions d’ammoniac dans l’atmosphère s’ils ne sont pas correctement gérés.
• Secteur agricole: Les déchets agricoles, y compris les résidus de taille, déchets ligneux et herbacés, sont souvent mal gérés, via des brûlages incontrôlés ou des abandons, ce qui contribue à la dégradation environnementale, aux incendies et à la propagation des ravageurs.
• Secteur alimentaire: Les rejets d’abattoirs, déchets de l’industrie de la pêche, sous-produits liquides de l’industrie laitière ou restes de fruits et légumes non réutilisés peuvent pourrir dans des décharges, émettant du méthane, un gaz dont le potentiel de réchauffement est 21 fois supérieur à celui du CO₂.
• Déchets solides urbains (DSU): La fraction organique des déchets solides urbains (FORSU), comme les restes alimentaires ou les tailles domestiques, peut être biodégradée et réutilisée pour produire de l’énergie ou des fertilisants naturels.
• Stations d’épuration des eaux usées (STEP): Les boues générées lors du traitement des eaux usées représentent un défi coûteux pour les STEP, car leur gestion peut représenter jusqu’à 50 % des coûts opérationnels. La digestion anaérobie permet de réduire le volume des boues et de produire du biogaz, transformant un déchet problématique en une source d’énergie renouvelable qui contribue à l’autosuffisance énergétique des installations.

Le biogaz et le biométhane se distinguent non seulement en tant que sources d’énergie renouvelable et outils de décarbonation, mais également par leur capacité à réduire la dépendance aux combustibles fossiles, offrant une plus grande flexibilité au système énergétique.

Leur capacité à décarboner les secteurs difficiles à électrifier est particulièrement précieuse dans la transition vers un modèle énergétique plus propre.

La technologie de digestion anaérobie étant déjà consolidée et les infrastructures nécessaires disponibles, le biogaz et le biométhane apparaissent comme des solutions immédiates.

Illustration 1. Chaîne de valeur du biogaz

Groupes électrogènes au biogaz et biométhane chez Genesal Energy

Chez Genesal Energy, nous sommes pleinement conscients de l’énorme potentiel des gaz renouvelables et de l’importance de l’économie circulaire. C’est pourquoi nous nous engageons à participer à des projets qui favorisent la valorisation des déchets pour les transformer en ressources précieuses, comme les biocarburants. Ces gaz peuvent être utilisés pour alimenter des groupes électrogènes, franchissant ainsi une étape supplémentaire vers un modèle énergétique durable. Cela ne se limite pas à l’utilisation d’une source renouvelable en remplacement du diesel fossile conventionnel, mais repose également sur l’exploitation d’un déchet qui, autrement, serait gaspillé ou pourrait poser un problème environnemental.

Ainsi, en collaboration avec FACSA, SMALLOPS, AIMEN et l’UVA, nous participons au projet ENEDAR – « Amélioration de l’efficacité énergétique et de la durabilité des stations d’épuration grâce à la valorisation des boues des STEP », financé par le Ministère de la Science, de l’Innovation et des Universités, ainsi que par les fonds européens NextGenerationEU/PRTR. Dans ce projet, Genesal Energy est chargée de concevoir et de valider le fonctionnement d’un groupe électrogène alimenté par des combustibles issus de la digestion anaérobie des boues d’épuration d’une usine pilote. Cela réaffirme notre engagement envers la transition énergétique et la création de solutions immédiates et pratiques pour un avenir durable.