METHASCALE (GRAINE 2021) - Changement d’échelle de la méthanisation : étude comparative du réacteur de laboratoire à l’unité industrielle
Mots-clés : Energie
Contexte : A l’instar d’autres pays européens, la France se mobilise actuellement pour la valorisation énergétique de ressources agricoles, urbaines et agro-industrielles par méthanisation. Afin d’améliorer la rentabilité de la filière, la feuille de route de la méthanisation du CSF (Nouveaux Systèmes Énergétiques) a fixé une réduction de 30% des coûts de production à l’horizon 2030. Parmi les leviers identifiés, l’optimisation du dimensionnement et de l’exploitation des unités apparait comme un élément clé. Parmi les outils d'amélioration du suivi et de l'optimisation des unités en cours de développement, les tests de potentiel méthanogène et les essais pilotes sont largement répandus au sein de la filière, allant de quelques litres à quelques m3. Ils sont la plupart du temps effectués par des laboratoires dédiés, et les résultats obtenus grâce à la simulation en réacteur de laboratoire permettent de définir les paramètres de fonctionnement d’un digesteur industriel. Il n'existe aujourd’hui que très peu de données dans la littérature scientifique et technique permettant d’évaluer la représentativité de ces tests par rapport à la réalité opérationnelle. L'ambition du projet est de comparer les performances lors du changement d’échelle : de pilotes de laboratoire de 5–30 L à une unité expérimentale de 150 m3 et une unité industrielle en fonctionnement. L'étude est basée sur le suivi de paramètres de stabilité biologique, de performance et de qualité agronomique du digestat.
Description : Des essais doivent être menés en amont d’un projet : - le test de potentiel méthanogène . Le système batch ne permet pas d’identifier des effets de synergies entre substrats ou des effets d’inhibition, de mimer une réelle production journalière d’une unité de méthanisation ou encore d’obtenir un digestat représentatif ; - l’essai pilote , généralement utilisé pour mimer la stabilité biologique et les performances énergétiques de la future unité industrielle. Des études inter-laboratoires ont été menées pour harmoniser les protocoles des tests de potentiels méthanogène et définir des bonnes pratiques de laboratoires. Toutefois, de telles études comparatives n’ont pas été réalisées pour les essais pilotes laboratoires et la reproductibilité des résultats obtenus avec le changement d'échelle reste à confirmer du fait de la faible quantité de données disponibles. Le projet « METHASCALE » a donc pour objectif de comparer le changement d’échelle sur des paramètres de stabilité biologique, de production de biogaz, de qualité agronomique et d’écotoxicité des digestats obtenus. Après la validation des protocoles analytiques, les partenaires du projet réaliseront les essais comparés sur 3 échelles (laboratoire, pilote semi-industriel, site industriel) avec un inoculum, un mix de substrats et des paramètres opératoires identiques. Les partenaires veilleront au transfert de ces résultats via leurs canaux de diffusions, les conférences et les journées thématiques. Les partenaires prévoient également l’organisation d’une journée technique avec les différentes structures R&D du réseau CTBM afin de contribuer à la mise en place d’une charte de bonnes pratiques de laboratoire à appliquer lors de la réalisation d’essais pilotes.
Objectifs et résultats attendus : Le projet « METHASCALE » à la volonté de fiabiliser et sécuriser les performances des installations. Il aura pour objectif technique principal de comparer des paramètres de stabilité biologique et de performances énergétiques et agronomiques au cours d’un changement d’échelle, via une comparaison des méthodes analytiques et des résultats obtenus à différentes échelles, pour vérifier leur justesse ainsi que leur reproductibilité. Les résultats seront ensuite largement diffusés au sein de la communauté scientifique. Parmi les objectifs socio-économiques , le projet entend améliorer la rentabilité des installations de 5% et adapter le dimensionnement des unités. Pour cela, il sera nécessaire de fiabiliser la filière et réduire les coûts, en démontrant la représentativité des performances des essais pilotes par rapport aux unités de méthanisation. Une meilleure maîtrise des essais pilotes permettrait également d'améliorer la crédibilité la phase "laboratoires" et ainsi de rassurer les investisseurs. Le projet permettra aussi de valider si les essais en pilotes de laboratoires permettent de recueillir des informations pertinentes sur la qualité agronomiques et sanitaires des digestats, ainsi que sur la production de biogaz. Cela permettra d'anticiper la valorisation des coproduits et de limiter les phases d'arrêt, pour contribuer à l'amélioration de la rentabilité des projets. Une meilleure santé économique des projets permettra de développer la filière et indirectement la création d'emplois La crédibilisation de la filière permettra de renforcer l'image de la méthanisation auprès du grand public et d'assurer son développement. Une communication adaptée permettra l'anticipation des oppositions et le renforcement des partenariats, en mettant en avant les externalités positives de la méthanisation à l'échelle d'un territoire. Le projet « METHASCALE » entend répondre à un certain nombre d’ objectifs environnementaux , parmi lesquels nous pouvons citer l'expression de l'intégralité du BMP et une meilleure gestion des intrants et des digestats. En parallèle, une démarche originale basée sur la méthode du « bilan carbone » permettant de quantifier l’impact environnemental de la réalisation du projet sera mise en oeuvre afin d'estimer les gains environnementaux suite à la mise en place de pratiques exemplaires.
Bénéficiaire : ARVALIS INSTITUT DU VEGETAL
Localisation : Nouvelle-Aquitaine, Nouvelle-Aquitaine, FRANCE
Début : 01/01/2023 — Durée : 36 mois
Budget total : 437223.78 € — Aide ADEME : 248000 €
Statut : Suivi du projet