Augmenter le rendement en méthane des usines de biogaz

Réacteur de méthanisation catalytique du CO2, puissance nominale 50 kW. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

Les usines de biogaz produisent du méthane avec plus de 40 % de CO2 qui a été libéré dans l’atmosphère dans les usines de biogaz conventionnelles. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer de microingénierie et de microsystèmes IMM ont maintenant trouvé un moyen de convertir ce déchet en méthane supplémentaire, augmentant ainsi considérablement le rendement en méthane des installations de biogaz. Le processus est opérationnel et l’équipe de recherche étend actuellement l’usine de démonstration à cinq mètres cubes de méthane par heure.

L’Allemagne est sur la voie de la neutralité climatique et vise à réduire les émissions de dioxyde de carbone de 65 % d’ici 2030 par rapport aux niveaux de 1990. Les usines de biogaz jouent un rôle important dans la défossilisation : les bactéries de ces usines décomposent la biomasse en l’absence d’oxygène pour former du biogaz qui, en moyenne, comprend jusqu’à 60 % de méthane et plus de 40 % de CO2. Alors que le biogaz est utilisé pour produire de l’électricité et de la chaleur dans des unités de production combinée de chaleur et d’électricité ou peut être transformé en qualité de gaz naturel et injecté dans le réseau de gaz naturel, le CO2 n’a pas été utilisé à ce jour.

Garantir la pleine utilisation du biogaz

Les chercheurs de Fraunhofer IMM travaillent maintenant sur la technologie pour utiliser le CO2. « Nous convertissons le CO2 en méthane à l’aide d’hydrogène vert », déclare le Dr Christian Bidart, l’un des scientifiques de Fraunhofer IMM, expliquant le principe du nouveau procédé. Cela signifie que le biogaz produit peut désormais être utilisé dans sa totalité et pas seulement à environ 60 % Dans le cadre de la transition énergétique, cependant, les filières d’utilisation du CO2 se mettent au point.

Dans le projet ICOCAD I, l’équipe de recherche a développé une usine de démonstration qui convertit un mètre cube de biogaz par heure en un mètre cube de méthane avec une puissance thermique équivalente à dix kilowatts de l’électrolyseur nécessaire pour produire l’hydrogène du procédé. Dans le projet de suivi ICOCAD II, les chercheurs sont maintenant en train de multiplier ce démonstrateur par un facteur de cinq, jusqu’à une puissance thermique de 50 kilowatts. L’un des défis de ce projet est la nature hautement dynamique du processus. La quantité d’électricité générée par les systèmes éoliens et photovoltaïques fluctue considérablement, ce qui signifie que la quantité d’hydrogène vert obtenue à partir de l’eau utilisant l’électricité dans les électrolyseurs est également soumise à des fluctuations considérables. L’usine de démonstration doit donc être capable de réagir rapidement à des quantités variables d’hydrogène. Une panne d’hydrogène serait techniquement possible mais serait compliquée et coûteuse. « Nous travaillons donc à rendre l’ensemble du système flexible afin d’éviter au maximum le stockage d’hydrogène », précise Bidart. CO2 les réservoirs de stockage font partie de ce plan, car la quantité de CO2 produit dans les usines de biogaz reste constant.

Le procédé Fraunhofer augmente le rendement en méthane des usines de biogaz

Mini centrale de 10 kW pour la méthanisation du CO2. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

Développer des catalyseurs efficaces

Développer des catalyseurs efficaces pour la réaction était un autre défi. La solution proposée par les chercheurs de Fraunhofer IMM consistait à utiliser un microrevêtement à base de métaux précieux. Le principe sous-jacent est que l’hydrogène et le dioxyde de carbone traversent un grand nombre de microcanaux – dont les parois sont recouvertes du catalyseur – où ils réagissent les uns avec les autres. « De cette façon, nous pouvons augmenter la surface de contact entre les gaz et le matériau catalyseur et réduire la quantité de catalyseur nécessaire », explique Bidart. De nombreuses microstructures de ce type sont empilées les unes sur les autres dans le réacteur.

Plans de mise à l’échelle supplémentaire

Les chercheurs travaillent actuellement à la mise en œuvre du plus grand démonstrateur et à la réalisation d’un fonctionnement dynamique. Ils espèrent pouvoir mettre en service cette centrale en 2023 afin de la tester en conditions réelles sur une centrale de biogaz. Cependant, ce n’est en aucun cas la limite de leurs plans de mise à l’échelle, étant donné les volumes importants de CO2 produits par les usines de biogaz. Les chercheurs prévoient donc de passer à 500 kilowatts d’ici 2025 et de nouveau à un ou deux mégawatts d’ici 2026.


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Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft

Citation: Augmentation du rendement en méthane des usines de biogaz (1er juin 2022) récupéré le 22 juillet 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-methane-yield-biogas.html

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