[Biotechnologies] Méthanation : l’élément manquant aux sources d’électricité renouvelable

La chimie et les biotechnologies[1] permettent de valoriser au mieux la biomasse. Qu’il s’agisse de biomasse sèche ou humide, le processus de méthanation permet d’augmenter la production de biométhane lorsqu’il est combiné aux procédés existants de biométhanisation ou de gazéification.

Comment ça marche ?

La recherche sur la méthanation remonte à plus de 100 ans et connait aujourd’hui un regain d’intérêt grâce au rôle qu’elle pourrait jouer dans la transition énergétique. La part croissante des sources d’électricité intermittentes crée un besoin accru de gestion : le stockage de cette énergie est indispensable pour adapter l’offre à la demande.

La méthanation est une réaction chimique qui associe l’hydrogène et le dioxyde (ou monoxyde) de carbone pour créer du méthane. Le méthane, composant principal du gaz naturel, peut être obtenu par méthanation selon deux types de technologies[2] :

1. La voie catalytique, dénommée « réaction de Sabatier » utilisant des réacteurs à catalyseurs métalliques (comme le nickel) sous haute température.
2. La voie biologique qui recourt à des microorganismes pour réaliser cette conversion. Cette réaction qui a déjà court dans la biométhanisation peut être dopée par l’addition d’hydrogène provenant d’une source extérieure. Cet hydrogène se recombine donc avec le dioxyde de carbone du biogaz, générant ainsi un biogaz surenrichi en méthane. Attention, bien que la méthanation se rapproche du processus de biométhanisation, les microorganismes et les conditions de réaction pouvant être différents.

Quel procédé pour quelle biomasse ?

La biomasse solide, telle que le bois et autres matières ligneuses, peut être valorisée énergétiquement par gazéification et produire ainsi du syngas. La plupart du temps, ce syngaz est directement utilisé dans un moteur thermique adapté afin de produire de l'électricité et de la chaleur (cogénération).

Le syngas, principalement composé d’hydrogène et de monoxyde de carbone, peut être converti en biométhane par la réaction de Sabatier sous des températures d’environ 350°C. La chaleur dégagée par la réaction est alors valorisée tout comme le méthane produit.

Lorsqu’il s’agit de biomasse humide, effluents d’élevage ou déchets agroalimentaires, la biométhanisation permet de produire du biogaz composé principalement de méthane et de dioxyde de carbone (respectivement ± 60 et ± 40 %). Le biogaz est généralement valorisé par un moteur de cogénération pour produire de l’électricité et de la chaleur. Combiné à la méthanation, le dioxyde de carbone réagit avec l’hydrogène préalablement injecté et se transforme à son tour en biométhane par l’action de microorganismes spécifiques. Le rendement de conversion en biométhane peut alors être doublé.

Des opportunités de stockage

La méthanation constitue un complément pertinent à la valorisation de l’hydrogène issu de la technologie « power-to-gas » (hydrolyse de l’eau). Ces solutions sont en développement afin de palier au problème d’intermittence des énergies renouvelables, l’électricité étant difficilement stockable, sa conversion en gaz par électrolyse de l’eau pour produire de l’hydrogène est largement envisagée. L’hydrogène ainsi produit pourrait être valorisé par méthanation, couplé ou non à une unité de biométhanisation.[3]

La méthanation, couplée à la biométhanisation, apporterait la flexibilité dont le futur mix énergétique a besoin. D’une part, le biométhane, quelle que soit sa voie de production, offre des possibilités de stockage moins coûteuses que le stockage de l’électricité. D’autre part, il peut être injecté sur le réseau gazier existant sans besoin d’investissements majeurs dans une nouvelle infrastructure.

De nouveaux projets

Plusieurs projets de biométhane sont en cours de développement, notamment en France.

Le projet français Gaya[4] - par exemple – réunit depuis 2010 ENGIE et dix partenaires industriels autour d’un projet de développement du biométhane issu de biomasse sèche (gazéification). Depuis 2017, l’unité de démonstration est en phase de test à Lyon. Ce démonstrateur grandeur nature a pour but de démontrer d’ici 2020 la faisabilité technique de la production de biométhane issue de biomasse sèche à l’échelle industrielle.

A l’avenir, la méthanation sera un procédé clé dans le développement du biométhane en Europe. Elle contribue à solutionner le stockage de l’énergie et, ainsi, participe à la valorisation énergétique de la biomasse.

Note de la rédaction

Les innovations présentées dans le ValBioMag sont sélectionnées par les ingénieurs ValBiom pour leurs caractéristiques novatrices et pour les solutions qu’elles apportent à des problèmes ne pouvant être résolus auparavant. Cette description de nouveaux produits ou concepts novateurs fait partie de la mission de veille technologique de ValBiom.