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Billet du lundi : la gazéification hydrothermale

Le 9 juillet 2019, le Comité de prospective de la CRE rendait public son rapport sur le « verdissement du gaz » qui a été largement salué par les acteurs du secteur. Les conclusions ont mis en lumière un scénario réaliste et partagé entre les énergéticiens et le monde agricole, pour le développement de la filière du gaz renouvelable d’ici 2030.

Rapport du GT1 sur « Le verdissement du gaz » disponible ici éclairer l’avenir (cliquer sur le lien)

Le rapport a présenté la pyrogazéification et le power-to-gas comme potentiels relais de croissance pour le développement du gaz vert aux côtés de la méthanisation.

Le mois dernier, GRTgaz a publié un rapport sur une autre technologie qui pourrait également jouer un rôle dans la dynamique de développement du biogaz : la gazéification hydrothermale. Ce procédé offre une solution de traitement et de valorisation des déchets humides non traités par les technologies actuelles, notamment des digestats issus  de la méthanisation. La gazéification hydrothermale peut être une brique complémentaire située en aval du processus de méthanisation.

La start-up TreaTech, spin-off de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a récemment fait état d’avancées importantes en annonçant la mise en service en 2022 d’un démonstrateur dans une Station d’épuration d’eaux usées (STEP). Cette piste est également explorée par GRTgaz qui envisage la mise en place de telles installations en France pour 2025. Selon le gestionnaire, ces productions pourraient représenter jusqu’à 1/3 du potentiel mobilisable pour adresser la demande française de gaz en 2050, grâce aux d’importants « gisements » de biomasses liquides disponibles sur le territoire – environ 100 millions de tonnes mobilisables par an dès aujourd’hui.

1. La gazéification hydrothermale : comment ça marche ?

La gazéification hydrothermale transforme les biomasses humides en gaz synthétiques : méthane, hydrogène et carbone ; tout en traitant et isolant des déchets riches en matières organiques. Le procédé thermochimique à haute pression (250 à 300 bar) et haute température (400 à 700°C) permet d’isoler la partie minérale des autres éléments. À la sortie, le gaz de synthèse est séparé des résidus aqueux et épuré pour obtenir du gaz renouvelable.

Figure 1 : Processus de gazéification hydrothermale

Source : « Potentiel de la gazéification hydrothermale en France – Une technologie innovante pour le traitement des déchets et des résidus de biomasses liquides et leur conversion en gaz renouvelable » GRTgaz – Étude réalisée avec Enea consulting, Octobre 2019.

2. Les biomasses humides transformées : un recyclage utile des déchets agricoles et industriels

Les boues de STEP municipales et industrielles (1) ; les digestats de la méthanisation (2) ; les effluents d’élevage liquides, solides et agricoles (3) ; les résidus des industries agroalimentaires (4) ; les effluents et résidus industriels ainsi que les déchets organiques urbains (5), sont aujourd’hui les intrants identifiés pour alimenter le procédé de gazéification hydrothermale.

3. Recyclage, transformation des externalités négatives et intégration d’un produit déjà sous pression : une chaîne de valeur vertueuse

En isolant les différents éléments de la biomasse, le procédé favorise le recyclage et la valorisation des composantes chimiques séparées de la matière : fertilisants, phosphores, etc. En déchargeant la matière de ses résidus, le retour à la terre est plus aisé et offre une solution pour le traitement des déchets agricoles. La gazéification hydrothermale est une alternative à l’épandage et à l’incinération qui sont interdits dans certaines zones et sources d’émanation de CO2 .

Tirant partie d’une économie atteinte sous forme de petites unités, les centrales pourront s’implanter au plus proche des exploitations agricoles, des méthaniseurs ou des STEP et et enregistrer des réductions sur les coûts logistiques (stockage et transport), contrairement à d’autres technologies de production de gaz de synthèse existantes à l’échelle industrielle. En s’insérant sur des sites existants comme les STEP, elles peuvent bénéficier d’une acceptabilité locale éprouvée par des installations aux nuisances identiques.

Le gaz de synthèse ainsi produit est disponible sous haute pression, ce qui permet d’envisager, après son épuration, une injection directe sur les réseaux de transport de gaz ou l’alimentation d’une station bioGNV en limitant l’énergie nécessaire à la compression.

4. Les verrous technologiques et économiques à surmonter

Le principe est encore très énergivore avec des coûts de production, d’exploitation et de maintenance élevés.

Les défis techniques sont importants: améliorer le catalyseur afin d’augmenter sa durée de vie pour qu’il traite des densités de biomasses plus importantes avec une grande siccité[1] ; augmenter le pourcentage de méthane dans le gaz de synthèse produit ; améliorer la séparation des solides par intrants ; organiser des réseaux de récupération de chaleur dégagée par le procédé pour limiter un contre effet climatique ; intégrer des intrants variables afin de ne pas connaître d’intermittence saisonnière.

À ce jour, aucun modèle d’affaire n’est encore identifié, les démonstrateurs existant restent associés à des initiatives de recherches publiques.  

5. Les modèles de développement à étudier

  • Rémunération des services : traitement des déchets des collectivités territoriales ou d’industries agroalimentaires ;
  • Valorisation du gaz renouvelable : production de méthane directement injecté sur le réseau de gaz naturel ou utilisé dans des stations GNV ;
  • Valorisation des biomasses : extraction et commercialisation de fertilisants et des éléments chimiques issus de la séparation.

Si des doutes subsistent sur les perspectives de rentabilités économiques du dispositif, plusieurs États en Europe continentale, et ailleurs (Japon), se sont engagés dans une démarche innovante en faisant émerger des démonstrateurs.

Par ailleurs, les stratégies de développement industriel des acteurs du secteur laissent espérer à terme, une industrialisation et un développement économique possible.

Figure 2 : Répartition non exhaustive de projets de gazéification hydrothermale en Europe, 2019.

Source : « Potentiel de la gazéification hydrothermale en France – Une technologie innovante pour le traitement des déchets et des résidus de biomasses liquides et leur conversion en gaz renouvelable » GRTgaz – Étude réalisée avec Enea consulting, Octobre 2019.

La majorité des projets sont encore au stade de développement en laboratoire (tests de faisabilités et démonstrations technologiques).

Peu de programmes pilotes ont abouti à l’élaboration de prototypes en voie d’opérationnalité (TRL 6-7) contrairement à ceux de TreaTech (Suisse)  et SCW Systems (Pays-Bas).

En France, le chef de file technologique pour l’expérimentation de cette technologie est le CEA Liten[2] qui s’est associé au projet francilien COMETHA de valorisation des déchets ultimes par méthanisation des boues d’épuration et des déchets organiques. Ce projet est mené par deux opérateurs publics : le Syndicat interdépartemental pour l’assainissement de l’agglomération parisienne (SIAAP) et le Syndicat parisien de traitement des déchets ménagers (Syctom)). Le passage à l’échelle industrielle est espéré pour 2026.

Ce programme d’innovation, estimé à 90 M€, est le résultat d’une coopération entre ces deux syndicats engagés pour la stratégie “100 % de consommations renouvelables en Île-de-France en 2050″. Comme exprimé par le Président de la FNCCR Xavier PINTAT, lors de la restitution du second groupe de travail (GT2) du Comité Prospective de la CRE sur “Les nouvelles dynamiques locales des systèmes énergétiques” :  “les syndicats d’énergie ont un rôle à jouer dans le développement de solutions pour accompagner la transition énergétique des territoires”. En combinant leurs objectifs et en associant leurs moyens financiers, ces deux entités participent à la création d’un climat de confiance pour les industriels et les investisseurs en proposant des modèles de coopérations scientifiques et de synergies entre filières.

Notes

[1] Pourcentage pondéral de matières sèches présentes dans la boue des STEP.

[2] Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Énergies Nouvelles et les Nanomatériaux.

Sources 

GRTgaz, Enea consulting, « Potentiel de la gazéification hydrothermale en France – Une technologie innovante pour le traitement des déchets et des résidus de biomasses liquides et leur conversion en gaz renouvelable », Octobre 2019 [http://www.grtgaz.com/fileadmin/medias/communiques/2019/FR/03102019-Note-de-synthese-Etude-de-potentiel-GH-GRTgaz.pdf]

LitenCEA, Valorisation énergétique des bioressources : de la création de vecteurs énergétiques jusqu’aux molécules d’intérêt, Pour les biommasses et déchets très humides [http://liten.cea.fr/cea-tech/liten/Pages/techno%20Energies%20bas%20carbones/Biomassehumide.aspx]

SIAAP et Sycom, Cométha, Dossier d’information Partenariat d’innovation « Co-traitement des boues des eaux usées et de la fraction organique des ordures ménagères résiduelles », 2018 [https://www.syctom-paris.fr/fileadmin/mediatheque/documentation/cometha/Cometha_Dossier-information.pdf]

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