Comment les fermes du futur transforment les opérations de valorisation énergétique des déchets

L’utilisation des énergies renouvelables dans l’industrie agricole est une nouvelle frontière passionnante qui, avec les bons partenaires, peut apporter des avantages environnementaux et économiques aux agriculteurs, aux communautés environnantes et à l’industrie des carburants de transport renouvelables. Et cela tourne vraiment autour du fumier.

L’utilisation du fumier de bétail n’a rien de nouveau. Historiquement, il s’agit d’une méthode agricole éprouvée pour améliorer la qualité du sol afin d’aider à la croissance des cultures. L’utilisation du fumier comme engrais naturel maintient également le carbone dans le sol et hors de l’atmosphère, où il peut former du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre (GES). C’est essentiel, car l’agriculture représente 11 % des émissions totales de GES. Ajoutez à cela les industries du transport et de l’électricité qui représentent respectivement 27 % et 25 % des émissions de GES, et nous examinons près des deux tiers des causes qui contribuent au changement climatique.

Heureusement, ces émissions peuvent toutes être réduites en utilisant la technologie qui existe déjà. Grâce à l’utilisation de biodigesteurs, le fumier agricole peut être converti en gaz naturel renouvelable (GNR) et les restes restants en matériaux précieux, notamment des engrais, de l’eau potable et du CO2.

Digestion anaérobique

Selon l’Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis, un biodigesteur anaérobie est un système qui utilise des déchets organiques pour produire des engrais et du biogaz ou du carburant renouvelable (Figure 1). Il s’agit généralement d’un récipient hermétique en polyéthylène haute densité qui utilise la digestion anaérobie, un processus de fermentation dépourvu d’oxygène. Le processus sépare le méthane des solides et des liquides qui composent le fumier tout en empêchant efficacement l’odeur de s’échapper dans les communautés voisines. Le méthane capturé au sommet des conteneurs du biodigesteur peut ensuite être utilisé pour créer du GNR.

1. Le processus de valorisation énergétique des déchets est assez simple. Le fumier subit une digestion anaérobie pour produire du biogaz, qui est traité et valorisé en gaz naturel renouvelable et en digestat. Avec l’aimable autorisation : EnTech Solutions

Le processus commence lorsque le fumier animal est déposé dans des biodigesteurs anaérobies. Lorsqu’ils sont maintenus à une température de 100F, les biodigesteurs créent un environnement où les microbes se développent et consomment les solides volatils du fumier tout en produisant du méthane.

Le gaz méthane extrait peut être réutilisé de diverses manières. Il a traditionnellement été utilisé pour produire de l’électricité grâce à des moteurs de générateurs à combustible, mais il peut également être utilisé pour produire du carburant GNR propre. Le GNR est un élément essentiel d’un avenir énergétique propre car il constitue une alternative efficace au gaz naturel fossile. Le processus de conversion du fumier de vache est négatif en carbone et équivaut à un score d’intensité de carbone (IC) de près de 300 négatifs.

Le GNR peut être injecté dans un pipeline et utilisé dans l’industrie du transport pour des véhicules à combustion plus propres. Ceci est particulièrement important pour les flottes de véhicules dans des États comme la Californie, l’Oregon, Washington et New York, qui ont tous des réglementations obligeant les entreprises à utiliser des carburants pour véhicules à combustion plus propre. L’utilisation du GNR réduit la pollution et permet aux organisations du secteur des transports de répondre à ces exigences. La recherche montre que lorsque tous les avantages climatiques sont pris en compte ensemble, le GNR provenant du fumier laitier peut réduire les émissions de GES jusqu’à 400 % lorsqu’il est utilisé pour remplacer les carburants traditionnels des véhicules.

Investir dans des biodigesteurs anaérobies profite également à l’industrie agricole. Les agriculteurs locaux qui envoient leur fumier à une installation de biodigesteur anaérobie récoltent les bénéfices de divers flux de nutriments une fois le fumier traité. Une fois le méthane extrait, les systèmes de concentration des éléments nutritifs peuvent décomposer davantage le fumier pour éliminer les agents pathogènes comme le phosphore qui contaminaient auparavant les sources d’eau à proximité.

Le produit final du matériau solide constitué de fibres est renvoyé aux agriculteurs pour être utilisé comme compost et litière, ce qui leur évite d’avoir à acheter de la sciure de bois, des copeaux de bois, de la paille ou du sable. De plus, grâce à des systèmes de concentration de nutriments, la matière liquide peut être encore séparée en un engrais liquide concentré que les agriculteurs peuvent utiliser dans leurs champs. Cela laisse de l’eau évacuable par les cours d’eau qui peut soit retourner directement au système d’eau local, soit être utilisée par les fermes locales pour l’irrigation ou le bétail.

L’avenir est maintenant dans le Wisconsin

Quand nous disons « fermes du futur », nous voulons en fait dire maintenant. Cette technologie de biodigesteur est utilisée dans une installation de Middleton, Wisconsin, située juste à l’extérieur de la capitale de l’État (Figure 2). Le projet est un exemple remarquable de ce que l’industrie agricole peut réaliser aujourd’hui.

2. EnTech Solutions possède et exploite une installation de biodigesteur à Middleton, Wisconsin. La majorité de l’électricité de l’installation provient d’un micro-réseau solaire plus batterie sur place. Avec l’aimable autorisation : EnTech Solutions

EnTech Solutions, un fournisseur d’énergie propre, et Northern Biogas, une société de développement de digesteurs et de RNG, se sont associés à des agriculteurs locaux et au comté de Dane pour réutiliser un biodigesteur qui produisait auparavant de l’électricité. L’installation de Middleton comprend trois biodigesteurs anaérobies qui décomposent le fumier provenant de quatre fermes laitières locales.

En 2021, plus de 27 millions de gallons de fumier ont été traités par l’installation et plus de 57 000 livres de phosphore ont été retirés du bassin versant de Yahara, un système de drainage naturel dans le sud du Wisconsin. Le partenariat comprend également le système de concentration de nutriments d’Aqua Innovations et US Gain en tant qu’acheteur du RNG.

Ce réseau autonome profite aux agriculteurs qui peuvent mieux gérer leurs déchets animaux, empêcher la libération de méthane dans l’atmosphère et recevoir les matériaux riches en nutriments qui en résultent pour leurs engrais et leur litière (Figure 3). Il profite au comté et à la communauté en réduisant le ruissellement du phosphore vers les cours d’eau et les lacs à proximité. Et cela profite à l’industrie des carburants de transport renouvelables avec le GNR créé par le méthane extrait.

3. Le résultat restant de la digestion anaérobie est un digestat qui peut être utilisé comme litière pour animaux et comme engrais. Au Middleton Digester, le digestat est complètement séché avant d’être renvoyé pour d’autres utilisations dans les fermes locales. Avec l’aimable autorisation : EnTech Solutions

Contribuer à améliorer la rentabilité des fermes

Au-delà de ces avantages, l’installation de Middleton a également été stratégiquement mise à niveau pour fonctionner à partir d’énergie renouvelable. EnTech Solutions alimente l’installation de Middleton en utilisant de l’énergie distribuée sous la forme d’un micro-réseau alimenté par des panneaux solaires montés sur le toit et au sol et un stockage par batterie. Le système d’énergie solaire génère plus de 2,8 MW d’énergie propre, ce qui pourrait alimenter plus de 400 foyers. Cela réduit efficacement les émissions de plus de 13 500 tonnes métriques par an de CO2 équivalent, ce qui revient à éliminer près de 34 millions de kilomètres parcourus par les voitures.

Plus il y a de couches d’énergie renouvelable intégrées dans la création de RNG, plus l’impact sur la réduction des GES est important et plus le score IC est faible. Par exemple, si le GNR était transporté à l’aide de flottes de véhicules électriques alimentés par de l’électricité renouvelable, cela réduirait davantage l’impact sur l’environnement. En produisant et en utilisant de l’énergie renouvelable dans l’installation grâce à la technologie solaire et aux micro-réseaux, EnTech Solutions abaisse le score CI du RNG, le rendant plus propre et plus précieux.

Les avantages à long terme continuent également de toucher les agriculteurs. La transformation des opérations agricoles préserve le mode de vie des familles agricoles tout en résolvant bon nombre des problèmes auxquels elles sont confrontées. Les biodigesteurs anaérobies avancés ouvrent la porte à davantage de revenus provenant des cultures et des produits laitiers, ainsi qu’à une production accrue de fumier transformé en GNR, en engrais et en litière, créant ainsi une voie plus facile vers la croissance agricole.

L’installation de biodigesteur anaérobie de Middleton, dans le Wisconsin, est un excellent exemple de ce à quoi peuvent ressembler les fermes du futur. L’utilisation d’énergie renouvelable, même à l’échelle d’une installation industrielle, est un modèle autonome qui peut être reproduit dans les communautés à travers le pays.

Les vaches produisent du fumier – ce n’est pas nouveau – mais maintenant la technologie existe pour récolter les bénéfices de ces déchets avec des installations de biodigesteur anaérobie, des systèmes de concentration de nutriments et des sources d’énergie renouvelables, permettant des opérations propres neutres en carbone ou même négatives en carbone. Ces installations de pointe permettent aux agriculteurs de continuer à gérer leurs opérations tout en veillant à ce qu’ils soient plus soucieux de l’environnement. Nous avons dit que ce sont les fermes du futur, mais en réalité, ce futur, c’est maintenant.

La question de savoir comment produire suffisamment de nourriture pour nourrir une population mondiale croissante tout en réduisant simultanément l’empreinte carbone des opérations est un défi permanent pour les consommateurs et les décideurs, et qui comporte de nombreuses facettes. Les experts en énergie d’EnTech Solutions restent déterminés à soutenir l’industrie laitière en tant que fournisseur de solutions dans la quête mondiale pour atteindre la neutralité du net. L’opportunité existe de créer des options économiquement viables pour la gestion des déchets agricoles qui peuvent être facilement reproduites et qui peuvent fournir des solutions à un certain nombre de défis liés aux déchets auxquels l’industrie est confrontée.

Sur la base des commentaires de divers intervenants, ce projet a été un succès retentissant pour toutes les personnes impliquées. Les impacts positifs pour la communauté comprennent une amélioration du bassin versant environnemental en éliminant de manière plus fiable le phosphore des eaux de ruissellement agricoles. Les responsables de la ville et du comté ont partagé que ce processus est devenu une source de fierté que d’autres municipalités aimeraient imiter.

En décembre 2021, EnTech Solutions a reçu un prix Climate Champion du Bureau de l’énergie et du climat du comté de Dane en reconnaissance de nos mesures concrètes et innovantes vers le succès climatique dans le comté. À la ferme, l’image et la réputation de l’élevage laitier dans cette région sont considérablement renforcées en déplaçant la perception du public de l’élevage laitier contribuant au problème des GES vers les agriculteurs travaillant activement à résoudre les problèmes de changement.

Scott Romenesko est président d’EnTech Solutions.