Nos expertises

Les valorisations énergétiques des biogaz et gaz de synthèse

Mis à jour le 23/08/2018

Le biogaz issu des installations de stockage de déchets non dangereux, de la méthanisation des déchets organiques, d’effluents d’élevage ou agroalimentaires, de résidus de culture ou des cultures énergétiques peut être valorisé sous diverses formes.

Les différentes valorisation du biogaz

Il existe différentes techniques de valorisation du biogaz :

  •  le brûlage pour produire de l’électricité et/ou de la chaleur ;
  •  après épuration poussée, l’utilisation sous forme de carburant, pour alimenter des véhicules fonctionnant au gaz naturel ou l’injection dans le réseau de gaz naturel, autorisée depuis 2011.

Exploiter le potentiel de la matière organique

La valorisation énergétique des biogaz permet d’exploiter le potentiel énergétique de la matière organique contenue dans les déchets, tout en assurant, par la méthanisation, un traitement et le retour au sol de cette même matière organique. Le biogaz participe aux engagements de la France pour la production d’énergie renouvelable sous la forme d’électricité, de chaleur et de carburant (loi Nouvelle organisation du marché de l’électricité, dite NOME, directive européenne 28/CE/2009, loi Grenelle 2010, plan national d’action en faveur des EnR 2010). Sa valorisation permet de diminuer les émissions de gaz à effet de serre, méthane et oxydes d’azotes notamment.
L’énergie contenue dans un Nm3 de biogaz contenant 60 % de méthane sera de 21,6 MJ ou 6 kWh, équivalant à environ 0,7 l d’essence ou 0,6 l de fuel. La composition et les propriétés du biogaz varient selon les intrants utilisés, les procédés de méthanisation, mais aussi la température, le temps de séjour hydraulique, etc. Les autres composants du biogaz sont le CO2, l’eau, l’azote, et des éléments indésirables en faible quantité comme l’H2S, les siloxanes, les chlorés ou les fluorés.

​Du biométhane peut être produit par la gazéification de la biomasse lignocellulosique : bois, pailles, déchets ligneux, etc. Cette gazéification aboutit à l’obtention d’un gaz pauvre en méthane et constitué d’un mélange d’eau, de monoxyde de carbone (CO) et de dioxyde de carbone (CO2).
 
Ce gaz de synthèse est enrichi à une très haute quantité de méthane (> 97 %) après une étape dite de méthanation. Pour répondre aux spécifications du gaz naturel demandées par les opérateurs de réseaux, il est ensuite nettoyé afin d’éliminer définitivement l’eau ou le gaz carbonique qu’il contient.
 
À titre d’exemple, 1 tonne de bois permet de produire environ 200 Nm3 de gaz.


Pour 2020 et 2050, la production de biométhane issu de gazéification varie de 100 à un maximum de 250 TWh/an selon les scénarios envisagés (pour une consommation annuelle de gaz naturel d’environ 400 TWh en 2011).

Les équipements de valorisation des biogaz

Les types d’équipements

Différents équipements de valorisation des biogaz peuvent être utilisés, la plupart du temps après un traitement préalable assez « rustique » du biogaz, par condensation, refroidissement et déshydratation, soit après un traitement plus poussé destiné à éliminer les composés indésirables (siloxanes, H2S par exemple), générateurs de corrosion pour les moteurs, les turbines ou les brûleurs.

  • les chaudières à combustion directe : c’est le moyen le plus simple pour utiliser le biogaz, qui est brûlé pour une production de chaleur sur le site ou transporté par canalisations vers une utilisation finale sous forme de gaz ou de chaleur ;
  • les moteurs à cogénération d’électricité et de chaleur : c’est l’utilisation « standard » du biogaz en France, avec un bon rendement de production énergétique : environ 85 %, avec 35 % de production électrique et 50 % de production de chaleur. Néanmoins, la valorisation chaleur reste tributaire de l’existence de débouchés à proximité du site de production de biogaz ou limités dans le temps ;
  • les turbines à gaz : pour des installations de puissance installée importante, le biogaz peut être brûlé dans des turbines à gaz et transformé en électricité ; pour des petites puissances, des « micro-turbines » sont disponibles. Le rendement énergétique est plus faible (< 30  %), mais les turbines nécessitent relativement moins d’entretien que les moteurs ;
  • l’injection dans le réseau de gaz naturel : le biogaz est épuré et enrichi (on parle alors de biométhane) avant d’être distribué dans le réseau de gaz naturel et pour les mêmes utilisations que ce dernier (cuisson, chauffage), ou alors compressé avant d’être utilisé comme carburant pour véhicules. L’injection de biométhane est limitée par le débit de consommation de gaz naturel du réseau en été (mai-septembre). La rentabilité des projets peut en être affectée.

Le choix de l’équipement

Le choix du mode de valorisation énergétique est dépendant du contexte de production du biogaz, des conditions d’exploitation, des substrats traités, etc. Il est préférable de choisir une solution de valorisation où le potentiel énergétique du biogaz peut être utilisé à son maximum. Une combinaison des modes de valorisation, par exemple électricité et injection, peut alors s’avérer judicieuse.