BIOMÉTHANISATION - t ?· Le procédé de biométhanisation est également appelé digestion anaérobie,…

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  • Bureau de lefficacit et de linnovation

    nergtiques

    BIOMTHANISATION

    FICHE DTAILLE

  • Cette fiche dtaille fait partie dune srie de 16 fiches prsentant des mesures et pratiques en efficacit nergtique applicables au secteur agricole, publies en aot 2012. Le contenu de cette fiche dtaille est une copie de lune des sections du document tude de faisabilit technico-conomique pour la mise en place dune ferme modle conergtique au Saguenay-Lac-Saint-Jean, Rapport final. Ce document a t ralis pour le compte de lAgence de lefficacit nergtique en juillet 2010. MINISTRE DES RESSOURCES NATURELLES ET DE LA FAUNE Bureau de lefficacit et de linnovation nergtiques 5700, 4e avenue Ouest, B 406 Qubec (Qubec) G1H 6R1 Tlphone : 418 627-6379 ou 1 877 727-6655 Tlcopieur : 418 643-5828 Site Internet : www.efficaciteeenergetique.mrnf.gouv.qc.ca Courriel : efficaciteenergetique@mrnf.gouv.qc.ca Aot 2012 Ministre des Ressources naturelles et de la Faune ISBN (PDF)

  • Biomthanisation - Fiche dtaille

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    Le procd de biomthanisation est galement appel digestion anarobie, fermentation anarobie ou mthanisation.

    1 DESCRIPTION DE LA TECHNIQUE

    La biomthanisation consiste en une dgradation naturelle de la matire organique par des microorganismes vivants en absence doxygne. Cette raction gnre un mlange de composants gazeux partir du carbone contenu dans la matire organique. Ce mlange est appel biogaz et est constitu de mthane (50-75 %), de dioxyde de carbone (25 45 %) ainsi que de quelques autres lments (moins de 2 %) tels que lhydrogne sulfureux (H2S), lhydrogne (H2), leau (H2O), loxygne (O2), lammoniac (NH3) et lazote (N2). Parmi ces composants, seul le mthane est considr pour la valorisation nergtique. Il est noter que le gaz naturel commercialis est compos environ 97 % de mthane. Contrairement la digestion arobie, la biomthanisation est un procd qui dgage peu de chaleur. Elle transfert jusqu 90 % de lnergie contenue dans la matire organique vers les molcules de mthane. Le procd de biomthanisation se ralise travers quatre phases successives qui exigent des conditions spcifiques pour en tirer le meilleur bnfice. Pour cette raison, ce procd est ralis lintrieur dun racteur hermtique, le biodigesteur (figure 41). Plusieurs technologies de biomthanisation sont en opration travers le monde. Ils se distinguent principalement par la temprature dopration des bioracteurs (procd psychrophile, msophile ou thermophile) et par le squenage des oprations (alimentation discontinue, semi-continue ou continue). Le traitement thermophile (autour de 50 55oC) est plus rapide et ncessite des installations de plus petite taille. Toutefois, le contrle des paramtres dopration est plus sensible et le procd consomme une plus grande proportion du biogaz produit. Les procds msophiles (autour de 35oC) sont les plus communs alors que les diffrents squenages sont mieux reprsents. Le biogaz produit peut tre utilis des fins diverses. Sa valorisation thermique (sous forme de chaleur) est gnralement la plus simple car elle requiert un minimum dinvestissement (quipement de dsulfurisation, rseau de distribution et brleurs). Elle est galement la plus efficace rcuprant jusqu 90 % du contenu nergtique du biogaz. Sur les fermes, le biogaz se substitue facilement au propane ou au gaz naturel. Toutefois, il est difficile de valoriser la totalit du biogaz la ferme sous forme thermique en raison dune part du dcalage entre la priode de besoins levs de chauffage (hiver) et la production maximale (t) et dautre part, de la production qui excde gnralement les besoins thermiques de lentreprise (chauffage des btiments et de leau). Certaines entreprises peuvent mieux valoriser thermiquement ce biogaz (schage de fourrage et de grain, serres, schage de grains, etc.). Aussi, la mise en oeuvre dun tel procd doit tre prcde dune analyse systmatique des applications possibles pour lentreprise. Lorsque la quantit de produits organiques (lisiers, cultures nergtiques, etc.) est suffisamment grande, il peut tre intressant de gnrer de llectricit pour une utilisation la ferme ou pour ventuellement alimenter le rseau public. Cette cognration dgage une grande quantit dnergie thermique basse temprature quil est aussi disponible de valoriser (figure 42). Cette application, bien que moins efficace et ncessitant des investissements plus importants, valorise une plus grande proportion de biogaz. Dautres applications sont en thorie disponibles. Elles impliquent toutefois des investissements plus lourds et des tapes de purification du biogaz qui se justifient par une production importante de biogaz.

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    2 DOMAINE DAPPLICATION

    La biomthanisation a t dveloppe en Occident principalement pour la digestion anarobie deffluents prsentant des charges organiques leves (boues provenant du traitement des eaux uses municipales ou industrielles, effluents dlevage, etc.). Elle a t introduite au Qubec dans le cadre de la rduction de la problmatique des surplus de lisiers de porcs dans certaines rgions du Qubec. Elle est toutefois de plus en plus reconnue pour sa capacit gnrer de lnergie renouvelable partir de matire organique, rsiduelle ou non, et pour son impact positif sur le bilan des GES. La biomthanisation est particulirement dveloppe dans les pays o le cot de lnergie est lev et o des incitatifs conomiques ont t mis en place. Cest le cas particulirement en Allemagne o on dnombrait plus de 4000 installations en 2008. Afin damliorer le rendement nergtique des digesteurs, la biomthanisation fait appel la codigestion des effluents dlevage avec des rsidus organiques (dchets urbains, rsidus agroalimentaires) et de plus en plus avec des cultures nergtiques. Aux tats-Unis, depuis linstauration du programme AgSTAR en 1994, il y aurait eu 140 systmes de biomthanisation construits, soit 116 en production laitire, 19 en production porcine, 3 en aviculture et 2 en production bovine (AgStar, 2010). La taille moyenne des fermes laitires est de 2 000 ttes et celle de la plus petite, de 150 ttes alors que la taille moyenne des fermes porcines est de 23 000 ttes et celle de la plus petite, 145 ttes. La production totale dnergie est de 378 500 MWh (soit lquivalent de 26,5 M$ 0,07 $/kWh) et 126 sites gnrent de lnergie lectrique ou thermique. Prs de 25 % des fermes recourent la codigestion des lisiers, principalement avec des rsidus dindustrie agroalimentaire. Au Canada, une dizaine de systmes de biomthanisation seraient en opration. Au Qubec, deux systmes de technologie Bio-Terre Systems Inc. sont implante sur deux sites de production porcine ; le lisier de porc y est trait sans codigestion. Le biogaz est utilis sous forme thermique uniquement sur un site alors que sur le second, on produit galement de llectricit. La puissance totale de production est estime 270 kW, dont 210 kW, thermique et 50 kW, lectrique. La technologie Lipp a t installe pour traiter du lisier de volaille mais les essais nont pas t satisfaisants. Un procd de biomthanisation est galement install la Fromagerie Blackburn pour le traitement des eaux blanches et du lactosrum. Le biogaz est consomm sur place pour produire leau chaude de lusine. Dautres projets sont actuellement en cours pour le traitement des eaux uses domestiques.

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    3 POTENTIEL DCONOMIE ET/OU DE PRODUCTION DNERGIE

    Les fermes sont la fois des productrices et des utilisatrices potentielles de biogaz. Le potentiel de production dpend des produits gnrs et de leur quantit. Le tableau 41 prsente la production nergtique maximale (sous forme thermique) et la production dlectricit que peuvent fournir diffrents intrants dorigine agricole. De faon gnrale, les lisiers et les fumiers ont un potentiel nergtique limit en raison de leur faible teneur en matire sche et de leur faible contenu en matire organique fermentescible (solides volatils). linverse, lensilage de mas et les corps gras ont un potentiel trs lev, do lintrt de la codigestion des fumiers et lisiers avec dautres produits valeur nergtique leve. titre indicatif, les projets de biomthanisation de lisier de porcs au Qubec peuvent gnrer des puissances thermiques de 90 kWth et de 180 kWth (ou 60 kWe plus 120 kWth) respectivement pour des productions de 4 000 et 8 000 m3 de lisier par anne. Le potentiel de production dnergie thermique dune ferme laitire est de lordre de 300 W par animal en inventaire, soit 30 kW pour une ferme de 100 ttes (vaches et remplacement), gnrant ainsi 720 kWh par jour. Sous forme thermique, ce potentiel reprsente lquivalent denviron 110 litres de propane ou 70 litres dhuile chauffage. Le potentiel dconomie dpend en grande partie de la possibilit pour lentreprise de consommer lnergie produite au moment de sa production. De faon gnrale, si lentreprise ralise la cognration, elle est autonome dun point de vue nergtique. Aussi, les conomies potentielles sont quivalentes leur consommation. Si la valorisation du biogaz est sous forme thermique uniquement, les conomies envisages sont quivalentes la consommation de combustibles.

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    4 DISPONIBILIT DE LA TECHNIQUE

    Au Qubec, Bio-Terre Systems est la firme prsentant le plus dexprience dans le domaine de la biomthanisation deffluents dlevage. Elle sest associ des partenaires qubcois dans le domaine de lingnierie, Le Groupe S.M. International et Les Entreprises Kanitek, ainsi que la firme DGH Engineering du Manitoba. Bio-Terre Systems est lorigine des deux projets chelle commerciale en activit sur des fermes porcines au Qubec. La firme lectrigaz offre galement des services de consultation dans ce domaine en partenariat avec des firmes trangres, notamment avec la firme allemande Krieg & Fischer qui ont ralis plusieurs projets de biomthanisation principalement en Allemagne et en Europe mais galement au Canada. Il existe plusieurs firmes en Ontario et aux tats-Unis qui offrent les services de consultation pour cette technologie (OMAFRA, 2010).

    5 ESTIMATION DE LA RENTABILIT

    Les cots dimplantation et dopration dun projet de biomthanisation varient avec le type et la taille de lentreprise et la possibilit ou non de faire la cognration et la codigestion. Le cot dun systme de biomthanisation avec cognration pour une ferme laitire de 100 vaches en production et leur remplacement serait de $ 300 000 (Camirand, 2007) et gnrerait 450 kWhet et 560 kWhth par jour soit la puissance pour lectrifier 5 maisons et lquivalent de 100 litres de propane. La valeur annuelle de cette production serait de lordre $ 36 000 (0,07 $/kWhel et 0,68 $/L propane). Le cot dun tel systme pour une ferme porcine naisseur - finisseur produisant 10 000 porcs par anne serait denviron 550 000 $ (Laflamme, 2007) et aurait la capacit de gnrer 790 kWel et 990 kWhth par jour pour une valeur annuelle de $ 64 000. Malgr ces revenus potentiels, les systmes de biomthanisation ne sont pas rentables sur cette seule base. Aussi, dans tous les pays o la biomthanisation sest dveloppe, les autorits gouvernementales et la population ont contribu de faon significative la rentabilisation de cette production nergtique. Cette contribution passe par une combinaison de subventions linvestissement, de prix dachat plus levs consentis par les autorits pour de lnergie renouvelable et dachat volontaire de blocs dlectricit des tarifs plus levs.

    5.1 Sensibilit au cot de lnergie conventionnelle (lectricit et/ou hydrocarbure)

    Compte tenu de la stabilit relative des cots dlectricit au Qubec, il est peu probable quune variation importante soit observe au cours des prochaines annes. linverse, le prix des hydrocarbures tels que le propane, le gaz naturel et lhuile no 2 (huile chauffage) est soumis de multiples facteurs tant conomiques que politiques. Aussi, le prix de ces combustibles est susceptible de connatre de fortes variations.

    5.2 Type dlevage et taille de la ferme

    La biomthanisation sapplique bien des effluents dont la teneur en matire sche est infrieure 12 % (liquide), ce qui explique la prdominance dinstallation de biomthanisation sur des levages laitiers et porcins. Par ailleurs, il est possible dinstaller de tels systmes sur de petites fermes, toutefois le cot peut tre prohibitif.

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    5.3 Btiment neuf ou btiment existant

    Linstallation dun systme de biomthanisation est gnralement indpendant des btiments dlevage. Aussi, le cot de son installation varie peu sil est install la construction dun btiment ou sur un site dj en opration.

    6 AVANTAGES ET INCONVNIENTS

    La biomthanisation prsente plusieurs avantages diffrents chapitres. Environnement et agronomie

    Dgradation de la charge organique des lisiers (DBO et DCO); Rduction des odeurs des fumiers; Rduction du niveau des pathognes des fumiers; Extraction et exportation possible des boues des digesteurs contenant une quantit importante

    du phosphore et de certains sels (magnsium et calcium); Rduction des missions de GES dcoulant de lentreposage des fumiers solides ou liquide ou

    lorsque le biogaz est collect et utilis en remplacement de combustible fossile; Augmentation de la biodisponibilit de certains nutriments.

    conomie

    Disponibilit de programme de subvention reli la rduction des missions de gaz effet de serre;

    Indpendance nergtique de la ferme (avec cognration); Disponibilit dnergie supplmentaire disposer; Stabilisation long terme des cots nergtiques; Possibilit de codigrer des matires organiques afin damliorer le rendement nergtique des

    digesteurs; Possibilit de percevoir des redevances de traitement pour des rsidus nergtiques.

    Les principaux inconvnients de limplantation dun systme de biomthanisation sont dordre conomique.

    Cot lev des investissements; Impact important de la taille de lentreprise sur les cots dimmobilisation dun biomthanisateur; Petite taille des entreprises agricoles qubcoise; Difficult arrimer des projets de codigestion en lien plusieurs aspects : techniques, financier et

    rglementaire.

    7 RECOMMANDATIONS

    De faon gnrale, la biomthanisation deffluents dlevage seule ne peut se rentabiliser et ce, mme si une utilisation sous forme thermique la ferme de tout le biogaz produit tait possible (par exemple chauffage de serres, schage de fumier, de fourrages ou de grains, etc.) et que les subventions taient disponibles lentreprise. Par ailleurs, aucun programme denvergure ne semble se dessiner pour la promotion de lnergie produite par ce procd et destin aux producteurs agricoles.

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    8 RFRENCES

    AgStar. 2009. Site http://www.epa.gov/agstar/index.html, mis jour le 23 novembre 2009. CRAAQ. 2008. La biomthanisation la ferme. Centre de rfrence en agriculture et en agroalimentaire du Qubec. 14p. OMAFRA. 2010. Site http://www.omafra.gov.on.ca/french/engineer/facts/ad_contact.htm#2, mis jour le 8 janvier 2010. Camirand, . 2007. Principes du biogaz. Journe sur la mthanisation des engrais de ferme Production de biogaz la ferme : le Qubec a-t-il ce quil faut ? Sainte-Julie, 26 janvier 2007. Fisher, T. 2007. Exprience allemande : politique et apprentissage technologique. Journe sur la mthanisation des engrais de ferme Production de biogaz la ferme : le Qubec a-t-il ce quil faut ? Sainte-Julie, 26 janvier 2007. Laflamme, C.B. 2007. Production lectrique la ferme. Journe sur la mthanisation des engrais de ferme Production de biogaz la ferme : le Qubec a-t-il ce quil faut? Sainte-Julie, 26 janvier 2007.

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