Brevet FR2539760A1 — publié le 19840727

2539760. La présente invention concerne un procédé de produc- tion de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques. Les procédés de production de biogaz sont connus depuis de nombreuses années et les conditions opératoires de-la fermentation ont fait l'objet de nombreux travaux. L'un des inconvénients majeurs des procédés de ce type est le faible rendement des fermentations dû en partie à la faible vitesse de certaines réactions bactériennes Cette faible vitesse amène très souvent les utilisateurs à mettre en oeuvre des réacteurs de grand volume pour augmenter ainsi le temps de séjour du substrat. L'invention a pour-but de pallier ces inconvénients et de permettre de mettre en oeuvre un procédé de production de biogaz ayant des rendements améliorés. L'invention a pour objet un procédé de production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques, mis en oeuvre dans les conditions habituelles de fermenta- tion caractériségen ce qu'on ajoute au milieu de fermenta- tion au moins un acide gras insaturé, ou un dérivé de cet - acide, à une concentration comprise entre h Ov Olet 0,35 millimoles par litre de milieu de culture et telle que, pour l'acide gras considéré, le rendement en biogaz est au moins égal à -celui obtenu dans les mêmes conditions en l'absence dudit acide gras. On utilisera de préférence dans le procédé de l'in- vention un acide gras, seul ou en mélange, ayant par molécu- le, de 18 à 22 atomes de carbone molécule et au moins deux insaturationsoléfiniques. L'influence des acides gras insaturés comportant 18 atomes de carbone sur la production de méthane a déjà été étudié et à fait l'objet d'une publication de MM Do I. DEMEYER et H K HENDERICKX dans "Biochimica et Biophysica Acta, 137 ( 1967) pp 484-497 Il ressort clairement des conclusions de cette étude que ce type d'acides est un inhibiteur de la production de méthane. Or il a été découvert, avec surprise, que les acides gras ou les dérivés de ces acides tels que les esters, peuvent être dans certaines conditions des activateurs puissants de la production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques. Il est essentiel pour cela que l'acide gras soit ajouté au milieu de culture à de très faibles concentra- tionse Ces concentrations seront généralement comprises entre 0,001 et 0, 35 milli moles par litre de milieu de culture Les concentrations optimales varieront, dans le domaine défini ci-dessus, selon lacide gras, mis en oeuvre dans le procédé Il sera necessaire pour chaque acide gras mis en oeuvre de vérifier quepour la concentration choisie, le rendement en biogaz est au moins égal à celui obtenu avec une culture témoin sans acide gras (R,)i R étant le rapport des volumes de biogaz produits expérimentalement (Vex) et en essai témoin(Vt)o Naturellement l'acide gras ou son dérivé devra être soluble dans le milieu de culture; s'il ne l'est pas il sera alors préférable de l'émulsifier préalablement à l'addition. Parmi les acides gras ou leurs dérivés que l'on peut utiliser de préférence dans le procédé de l'invention on peutciter à titre d'exemple: l'acide oléique -l'acide linoléique l'acide linolénique l'acide arachidonique l'acide clupanodonique l'acide ricinoléique les esters de ces acides les mélanges de ces acides tel que l'huile de lin. Lorsqu'on utilisera l'acide linoléique ou l'huile de lin comme acide gras il sera particulièrement avantageux de l'ajouter à une concentration comprise entre 0,10 et Q,25 m M par litre(m M étant l'abréviation de millimole). Dans le cas o l'on choisit l'acide linolénique ou ses dérivés il est essentiel de l'utiliser à une concen- tration plus faible comprise entre 0,001 et 0,1 m M par litre Au delà de cette cencentration le rendement en biogaz chute considérablement (R L 1). Le procédé de l'invention est illustré par les exemples 1 à 32 décrits ci-dessous. EXEMPLES 1 à 29 - L'étude de la production de biogaz par fermentation d'un substrat constitué de fumier -de bovin ramené à 10 % de matière sèche a été menée en discontinu avec divers acides gras à différentes concentrations, et ceci dans des condi- tions opératoires identiques La fermentation est réalisée à 350 C à un p H moyen initial de 7,4 dans des bouteilles de verre non agitées Les fermentations sont menées en général durant 30 jours et, dans certains cas, limitées à 8 jours. Le critère de comparaison du rendement est la production de biogaz par rapport à celle d'un essai témoin (ex l),sans acide,étant précisé que la teneur en méthane du biogaz est égale à 55 % et identique dans toutes ces expériences. Les conditions opératoires précises et les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 1 ci-dessous - TABLEAU 1 Nature Concen Production Production de tration biogaz biogaz Ex Produit ajouté de tration après après gl'acide m M/ 8 jours 30 jours gras ( 1) 1 Témoin 100 100 _,, _ ,_,, 2 Acide caprique C 10 saturé 0,35 100,7 - 3 Acide myris C 14 0,13 96 toléique I 4 Acide sté C 18 saturé 0,09 98 arique 0,21 96,5 , _ 6 Acide oléique C 1 0,07 110 106 7 I 0,14 110 103,5 8 0,21 102,5 102,5 9 0,53 105 103,5 Acide lino C 18 0,07 142 127,5 11 léique II 0,14 206 209 12 0,21 237 222 13 0,53 37,7 23 14 Acide lino C 18 0,017 162 141 lénique 18 III 0,035 162 160,5 16 0,09 227 217 17 0,18 47,1 29 ,À,,,,, L 18 Acide rici C 18 OH 0,2 91 - noléique 19 Acide ara C 20 0,08 111 chidonique IV Acide clu C 22 0,06 125 - panodonique V 21 Huile de lin C 18 I 18 % 0,07 107,5 133 22 C 18 II 19 % 0,14 88 207 23 C 18 III 51 % 0,21 168 272,5 24 autres 12 % 0,53 22 10 Ester d'acide Monolino 0,027 26 gras insaturé lénate d' 0,054 27 oxypropy 0,13 117 114 28 lèneglycol 0,37 100 110 29 0,52 37,5 8 ( 1)l'indice en chiffre romain précise le nombre de double liaison olé- finique de la molécule(C 18 III=Acide de 18 atomes de carbone avec trois insaturations olefiniques). L'analyse du tableau lu montre que les acides gras saturés sont totalement inactifs les acides gras mono-ethyléniquessont faiblement actifs (exemples 6 à 9) les acides gras di-éthyléniques et triéthyléniques sont particulièrement actifs (exemples 10 à 12 et 14 à 16 respectivement} ils deviennent inactifs et même inhibiteurs dès que leur concentration est trop importante(exemples 13 et 17)o Il est à remarquer que l'acide linolénique est très actif à faible concentration et devient inhibiteur à une concentration peu élevée. l'huile de lin est active et cette activité augmente au cours du temps (exemples 21 à 23) les gains en rendement sont extrèmement importants ceux ci dépassant 200 % O EXEMPLES 30 à 32 Des expériences comparatives ont été menées en pilote continu de 5 ma dans les conditions expérimentales suivantes, l'alimentation du réacteur s'effectuant 5 jours par semaines Température 35 C p H 68 7,3 Taux de charge moyen 6,7 Kg Solides volatils/m 3 o 3 Temps de résidence théorique moyen 17 4 j Nature moyenne de la charge matière sèche totale 13,86 % poids solides volatils 80,7 % MST cellulose 17,15 % MST hémicelluloses 18, 2 % MST lignine 14,1 % MST azote total 1,92 % MST Les résultats obtenus sans acide gras (ex 30) avec 0,027 m M/l du monolinolénate des exemples 25 à 29 (ex 31) et 02054 m M de ce monolinolénate (ex 32) sont résumés dans le tableau ( 2) ci-dessous. TABLEAU 2 Le procédé de l'invention peut être utilisé pour traiter tout substrat fermentiscible convenable et en particulier les substrats riches en cellulose et/ou ligno cellulose. Le substrat peut être d'origine animale, par exemple des lisiers, des fumiers ou des effluents d'abattoirs, il peut être également d'origine végétale par exemple des déchâts de cultures telle que la luzernelle topinambour, la canne à sucre 2 le mais etc o enfin il peut être d'origine industrielle et constitué par exemple d'effluents de laiteries 2 de conserveries de l'industrie papetière etc Exemples 30 31 32 Productivite biogaz brut 1076 2,50 2,31 (m 3/m 3/ j) Teneur en CH 1 (%) 55 55 55 Rendement par rapport au 100 142 131,5 témoin (%) Teneur en monolinolénate O 0,027 02054 REVENDICATIONS 1 Procédé-perfectionné de production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques>mis en oeuvre dans les conditions habituelles de fermentation, caractérisé en ce qu'on ajoute au milieu de fermentation au moins un acide gras insaturé, ou un dérivé de cet acide, à une concentration comprise entre 0,001 et 0,36 millimoles par litre de milieu de fermentation telle que, pour l'acide gras considéré, le rendement en biogaz R soit au moins -égal à 1. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'acide gras ou un dérivé de cet acide comporte de 18 à 22 atomes de carbone et au moins deux insaturations olé- finiques par molécule. 3 Procédé l'acide 4 Procédé l'acide Procédé risé en de lin. 6 Procédé l'acide 7 Procédé en ce que selon la revendication 2 caractérisé en ce que gras est l'acide linolénique. selon la revendication 2 caractérisé en ce que gras est l'acide linoléique. selon l'une des revendications 1 et 2 caracté- ce que l'acide gras est constitué par de l'huile selon la revendication 2 caractérisé en ce que gras est un ester de l'acide linolénique. selon l'une des revendications 3 et 7 caractérisé la concentrationenacide gras est comprise entre 0,001 et 0,10 m M/l.