Production de biogaz - Quelques leçons tirées l'expérience européenne

Lundi le 21 août un groupe mis sur pied par l’Ontario Large Herd Operators a quitté l’aéroport de Toronto en route pour Amsterdam. Les visiteurs allaient passer les sept jours suivants à parcourir les Pays-Bas, l’Allemagne et le Danemark en autocar pour en savoir plus sur la technologie de la digestion anaérobie. Ce groupe était formé de 32 participants provenant d’horizons divers, dont des producteurs de produits laitiers, de bovins, de porcs, de cultures légumières et commerciales, des chercheurs et des préposés à la formation, des transporteurs de déchets, des membres de l’industrie, en plus d’un banquier, d’un représentant d’Hydro One et de l’Office de l’électricité de l’Ontario. Malgré leur diversité, ces participants partageaient un objectif commun, voir et en apprendre le plus possible dans ce court délai de sept jours. Certains pourraient peut-être dire sept longs jours, la visite commençait tôt chaque matin et se terminait tard chaque soir.

 digesteur horizontal
Figure 1 : digesteur horizontal

De nombreuses heures se sont passées dans l’autocar, mais chaque arrêt fournissait au groupe un nouveau sujet de conversation. Le circuit partait d’Amsterdam aux Pays-Bas, pour aller vers le Nord jusqu’à Ribe au Danemark puis revenir au point de départ. Nous avons visité 16 installations de digestion anaérobie, ou installations de production de biogaz, comme on les appelle couramment en Europe. Chaque arrêt avait été soigneusement choisi à partir d’une caractéristique particulière, de la technologie de l’installation, ou des objectifs que les propriétaires tentaient d’atteindre.

 En Europe il y a beaucoup plus à voir que des unités de production de biogaz… La première journée a commencé par une halte à la vente à la criée du marché aux fleurs d’Aalsmeer. Aalsmeer est une coopérative dont les 3000 producteurs membres mettent leurs cultures horticoles en vente sur la place du marché central, selon le système des enchères au cadran. Les visiteurs ont pu admirer beaucoup plus de couleurs qu’à l’ordinaire. Par la suite, les sites historiques et le paysage hollandais ont surtout été admirés des fenêtres de l’autocar, sauf dans les villes intéressantes où le groupe passait la nuit.

 La première installation de production de biogaz visitée était située aux Pays-Bas à la laiterie Eissen. C’est là que nous avons vu les éléments de base de la production des biogaz à partir du lisier. Le lisier de la laiterie est pompé vers un réservoir aérien en béton. Des tubes de chauffage à l’eau entourent ce réservoir pour y maintenir la température du contenu à environ 40 oC. À cette température les bactéries anaérobies sont très actives, convertissant la matière organique en biométhane (CH4), plus communément appelé biogaz. Ce biogaz est récupéré par le sommet du digesteur et sert de carburant pour alimenter deux moteurs diesel Jenbacher, qui entraînent à leur tour deux générateurs électriques de 625 kW. L’énergie thermique dégagée par les moteurs est aussi récupérée et permet de chauffer l’eau qui maintient le digesteur chaud (figure 2).

 

moteur diesel Jenbacher
Figure 2 : moteur diesel Jenbacher

 Avant qu’on puisse l’utiliser pour alimenter les moteurs, il faut extraire du biogaz le sulfure d’hydrogène et l’humidité. On injecte une petite quantité d’oxygène par le haut du digesteur qui, en se combinant avec le sulfure d’hydrogène, produit un précipité, extrayant ainsi la plus grande partie du sulfure d’hydrogène. Le biogaz est alors transféré aux moteurs souterrains afin que la plus grande partie de l’humidité se condense et soit extraite du gaz.

 La majorité du gaz est soutirée dans le digesteur anaérobie, et le reste de l’effluent est alors transféré à un réservoir d’entreposage à long terme où les bactéries continuent d’être en activité à mesure que le lisier refroidit. Ce réservoir est couvert pour que l’on puisse récupérer les biogaz et les pomper vers le moteur.

 L’effluent du réservoir d’entreposage à long terme est éventuellement épandu dans les champs des alentours. La digestion anaérobie maintient la teneur en éléments nutritifs du lisier et on peut l’épandre sur le sol comme engrais. La digestion anaérobie réduit aussi grandement la teneur en pathogènes et atténue l’odeur du lisier. C’est devenu évident pour les membres du groupe en visite à la station de recherche de Futterkamp. Pendant que tout le monde était debout et examinait le digesteur, à 15,2 m (50 pi) de là on agitait le réservoir d’entreposage à long terme et on en soutirait le lisier pour aller l’épandre aux champs. Il n’y avait pas d’autres odeurs que celle des vaches dans l’étable!

 Le groupe a vite appris que l’on peut ajouter divers autres ingrédients dans les digesteurs pour optimiser le rendement en biogaz. Le plus répandu est l’ensilage de maïs (figure 3). Plusieurs digesteurs sont munis d’un agitateur TMR modifié pour mesurer l’ensilage de maïs et l’ajouter au mélange en vue d’augmenter la production de biogaz. Lors d’une des haltes, un ingénieur allemand a fait remarquer qu’il fallait « traiter cet appareil comme on traiterait une vache », en parlant du digesteur. Les visiteurs ont compris qu’il faut « nourrir » le digesteur de façon très similaire à celle dont on nourrit une vache. Il faut miser sur un assez grand approvisionnement en matières premières énergétiques et faire les modifications graduellement en introduisant les nouveaux ingrédients. Les visiteurs ont aussi vu des installations qui traitaient les matières premières ajoutées au digesteur par la suite pour avoir plus d’énergie biodisponible pour les bactéries, ce qui augmente aussi la production des biogaz. L’une des compagnies ajoutait des céréales dans l’entreposage à long terme pour favoriser le maintien du processus de digestion après que l’effluent soit sorti du digesteur principal.

 

ensilage de maïs ajouté à un digesteur
Figure 3 : ensilage de maïs ajouté à un digesteur

 Les membres du groupe ont vu deux types de bioréacteurs de base. Les plus répandus sont les digesteurs verticaux à agitation totale (figure 4), mais ils aussi vu des digesteurs horizontaux (figure 1).

 digesteur vertical à agitation totale
Figure 4 : digesteur vertical à agitation totale

Les digesteurs horizontaux sont généralement utilisés avec les matières premières qui ont une teneur plus élevée en matière sèche, comme le fumier avicole. Il ne semble pas y avoir une bonne ou une mauvaise conception des digesteurs. Les concepteurs créent un digesteur de biogaz qui répond aux besoins individuels de l’exploitant. La conception de l’appareil est effectuée à partir des matières premières disponibles, de l’usage auquel on destine les biogaz, des autres utilisations de l’énergie thermique produite, et le reste.

Nous avons constaté plusieurs exemples d’utilisation créative de la chaleur excédentaire récupérée des groupes électrogènes ou des groupes de générateurs. Dans la plupart des installations l’énergie thermique servait à fournir l’eau chaude pour l’étable ou le domicile, mais trois d’entre elles vendaient l’excédent d’énergie à d’autres pour qu’ils s’en servent. Dans l’un des cas l’excédent d’énergie fournissait de l’eau chaude à un aéroport à proximité, et dans deux autres cas il répondait à une partie des besoins en chauffage des maisons dans les villages des alentours, comme à Jühnde.

Jühnde est un petit village allemand où toute l’énergie du village provient de l’installation de biogaz adjacente (figure 5). L’électricité est produite à partir de moteurs diesel entraînés par des générateurs alimentés au biogaz et l’excédent d’énergie thermique dégagé par les moteurs sert à réchauffer l’eau pour répondre aux besoins en eau chaude et en chauffage des villageois. L’hiver quand l’excédent de chaleur des groupes électrogènes ne suffit pas au chauffage des maisons, on fait démarrer des chaudières supplémentaires alimentées aux copeaux de bois. On élabore des plans à l’heure actuelle pour assécher les copeaux avec l’excédent de chaleur dont on dispose pendant les mois d’été.

 

installation de production de biogaz
Figure 5 : installation de production de biogaz

Une autre halte assez remarquée était à un poste « d’essence » qui offrait à ses clients la possibilité de faire le plein avec du biogaz (figure 6). Le biogaz fourni au poste d’essence provenait d’une installation de production similaire aux autres, mais il avait subi un procédé de raffinage élaboré pour le concentrer à un niveau tel qu’il peut servir dans les véhicules propulsés au gaz naturel.

poste d’essence offrant du biogaz comme carburant d’appoint
Figure 6 : poste d’essence offrant du biogaz comme carburant d’appoint

La plupart des installations de biogaz visitées étaient exploitées par des partenaires multiples, ainsi il était plus facile de rassembler diverses matières premières pour alimenter la production. Ainsi, dans plusieurs de ces installations, on mélange le fumier de bovins et de porcs dans le même digesteur. À d’autres endroits, on y ajoutait aussi différents résidus alimentaires. Nous avons vu des coopératives de taille différente, allant de deux à trois agriculteurs à certains installations très imposantes qui traitaient le fumier provenant de 300 fermes dans un rayon de 50 km. Il fallait 20 camions citernes pour recueillir le fumier des fermes et le transporter à l’installation de production centralisée. Après le traitement, le fumier était entreposé dans des réservoirs dans la région pour être appliqué plus tard, ou être épandu directement dans les champs, selon la disponibilité.

Toutes les installations ne sont pas à grande échelle. Si nous avions visité le sud de la Suisse, de l‘Autriche et de l’Allemagne, nous aurions constaté la présence d’installations individuelles moins importantes.

Les visiteurs ont aussi eu l’occasion de rencontrer des fournisseurs de technologie et des chefs de file de l’industrie. Un chef de file de l’association allemande pour le biogaz a fait remarquer que, dans ce pays, les avantages directs provenant du secteur des biogaz étaient entre autres : 650 MW de puissance électrique installée, une réduction de 4 millions de tonnes par année d’émissions de CO2, 960 millions de dollars consacrés à la construction en 2005 et des revenus de 500 millions de dollars aux agriculteurs pour la vente d’électricité annuellement. Il a aussi indiqué que l’industrie des biogaz et de la digestion anaérobie représente pour le nord-ouest de l’Europe un secteur industriel en voie d’atteindre sa pleine maturité, qui compte plus de 200 entreprises (8 000 employés), qui desservent des installations de production industrielle de biogaz, des coopératives ou des exploitations agricoles. La plus grande partie des installations de production de biogaz sont à la base sur une ferme.

La plus grande partie des fermes européennes visitées étaient semblables à bien des égards à ce que les producteurs du groupe ont ici. Pourquoi alors les installations similaires ne prolifèrent-elles pas ici en Ontario? Il existe deux principaux facteurs pour lesquels la génération de biogaz est si répandue en Europe :

  1. là-bas le gouvernement s’est engagé à ce que les prix de l’électricité reflètent le coût de production à partir d’énergie renouvelable et de technologies diversifiées (biogaz, éolien, etc), et plus précisément à ce que les unités de production de biogaz soient alimentées de sources différentes (fumier, cultures énergétiques, intrants alimentaires), à des échelles différentes (prix plus élevé pour les systèmes plus petits);
  2. accès garanti au réseau de distribution d’électricité avec peu de restrictions ou à peu de frais.

À l’heure actuelle, les prix offerts en Ontario aux exploitants agricoles pour l’électricité qu’ils produisent à partir des biogaz ne suffisent pas à rendre la production économiquement viable. Le programme d’offre normalisée annoncé en mars dernier est un bon départ pour doter l’Ontario d’une industrie du biogaz. Pour améliorer la situation dans l’avenir il faut des mesures incitatives en vue d’augmenter la production de biogaz, avoir recours à des cultures énergétiques dans le mélange et récupérer l’excédent de chaleur des groupes électrogènes. Il faut rappeler que la digestion anaérobie réduit de beaucoup la teneur en agents pathogènes du fumier et atténue grandement l’odeur, ce qui du point de vue sociétal est un avantage certain. La digestion anaérobie permet aussi de valoriser les résidus alimentaires qui autrement se retrouvent dans des sites d’enfouissement.

La technologie utilisée dans les installations de production de biogaz visitées en Europe conviendrait aussi très bien à l’Ontario. De nombreuses compagnies de là-bas sont à la recherche de sociétés partenaires ici, aussi si les prix versés pour l’électricité produite par le biais des biogaz sont valorisés, la technologie pourrait facilement être mise en place.

 Dans l’avenir, la production de biogaz pourrait représenter pour l’exploitant agricole une source de revenus supplémentaire, tout en offrant à la société un usage alternatif des résidus alimentaires, en réduisant les agents pathogènes de même que les odeurs du fumier. Il y a là le potentiel d’une situation gagnante pour tous.

  


Auteur : Harold K. House, M.Sc., ing., - Ingénieur, équipment et structures pour bovins/MAAARO
Date de création : 23 Octobre 2006
Dernière révision : 20 Novembre 2006

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