Comment les restes de nourriture alimenteront les avions à l’avenir

Afin de reconvertir les restes de nourriture et autres déchets biologiques en matériaux utilisables, l’Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques IKTS s’est associé à des partenaires de l’industrie et de la recherche pour construire une usine à Thallwitz près de Leipzig qui est unique au monde. Cela produit des carburants synthétiques et des cires biogéniques à partir du biogaz – et pas seulement du CO2 qu’il contient. Le biogaz est obtenu à partir de vieilles graisses issues de la restauration et de la production alimentaire. Si nécessaire, un électrolyseur céramique peut être connecté pour fournir les matériaux nécessaires au processus, en utilisant également de l’électricité provenant de sources renouvelables. IKTS a maintenant l’intention de développer davantage le concept d’installation innovant pour la production à l’échelle industrielle en coopération avec une entreprise basée à Leipzig.

En vue de plus de 9000 installations de biogaz en fonctionnement en Allemagne, Dr. Erik Reichelt, responsable du groupe de travail IKTS sur la technologie des processus des systèmes, voit un potentiel de marché considérable : « De telles installations de biogaz agrandies ouvrent des opportunités considérables pour créer une nouvelle création de valeur et des emplois dans le bassin houiller central de l’Allemagne dès maintenant pour la période après la phase de charbon -dehors. » Rien qu’en Saxe, a-t-il dit, il y a actuellement environ 270 usines de biogaz en service – et le nouveau système est une option intéressante pour les plus grandes en particulier. Cela pourrait aider à exploiter les usines de manière plus économique et à mieux réagir aux fluctuations du marché. De plus, le concept d’économie circulaire contribue à préserver les ressources naturelles, à réduire l’utilisation de gaz naturel et de pétrole fossiles et à protéger l’environnement.

Pourtant, l’objectif du projet en 2017 avait été beaucoup plus modeste. À l’origine, le consortium de développement voulait rendre les installations de biogaz « seulement » plus résistantes aux fluctuations du marché et aux tarifs de rachat en les modernisant en plus pour la production de cire. L’idée est que s’il n’est pas intéressant de convertir le biogaz en électricité en raison de prix défavorables, les opérateurs peuvent passer de manière flexible à la production de cires biogéniques avec un peu de technologie supplémentaire. Cela peut ensuite être vendu à l’industrie des cosmétiques et des lubrifiants. Cependant, au cours du processus de développement, le concept s’est élargi pour inclure des voies technologiques supplémentaires qui intègrent également l’efficacité du réseau.

Reformeur, réacteur Fischer-Tropsch et électrolyseur combinés

Pour tester ces approches dans la pratique et construire une usine pilote, les instituts de recherche Fraunhofer IKTS, TU Bergakademie Freiberg et TU Dresden ont uni leurs forces avec les sociétés saxonnes Ökotec-Anlagenbau GmbH, Sunfire GmbH et DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH pour former une alliance de développement. Ökotec-Anlagenbau a mis à disposition son installation de biogaz existante. Là, les partenaires ont en outre installé un reformeur, un réacteur Fischer-Tropsch et un électrolyseur. Dans un premier temps, l’usine agrandie alimente en biogaz et en vapeur le reformeur, qui en produit du gaz de synthèse – un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone. L’unité Fischer-Tropsch convertit ensuite ce gaz de synthèse en méthane, en hydrocarbures liquides et en cire. Le méthane est directement réinjecté dans le procédé pour chauffer l’équipement de l’usine. Ce qui reste est la cire et les produits liquides dans un rapport 50/50. Ce dernier peut ensuite être traité dans des raffineries pour produire du diesel synthétique ou du kérosène.

En tant que source alternative et supplémentaire pour le gaz de synthèse, un conteneur est amarré à l’électrolyseur mentionné ci-dessus. Celui-ci est activé lorsqu’il y a peu de biogaz disponible ou lorsque l’approvisionnement en électricité provenant de centrales solaires ou éoliennes est particulièrement élevé. Cet électrolyseur décompose la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone en hydrogène et en monoxyde de carbone, c’est-à-dire à nouveau du gaz de synthèse. Il assure également un approvisionnement continu de l’usine de synthèse Fischer-Tropsch, qui ne fonctionne vraiment efficacement que s’il y a toujours suffisamment de gaz de synthèse disponible.

Produire de l’électricité verte ou des carburants ou des cires sans pétrole selon la situation du marché

Une centrale de méthanisation ainsi équipée dispose ainsi de plusieurs possibilités pour répondre aux fluctuations du marché : L’opérateur peut continuer à convertir le biogaz en électricité, par exemple par moteur et générateur à gaz, lorsque les prix d’achat de l’électricité sont élevés. Si les tarifs de rachat sont bas, il se tourne vers la production de cire biogénique et de carburants synthétiques. Et lorsqu’il y a suffisamment d’électricité renouvelable disponible, il allume l’électrolyseur.

Les carburants et les cires sans pétrole obtenus sont toujours plus chers que les produits fossiles correspondants. Par exemple, les carburants synthétiques et les cires ont un coût de production d’environ 2,50 € par kilogramme. Cependant, la crise actuelle des prix de l’énergie a déjà considérablement réduit les différences de coût autrefois immenses par rapport aux produits à base de pétrole. Et même si nous supposons que les prix sur les bourses du pétrole et du gaz vont encore baisser, la demande de sources d’énergie et de matériaux produits de manière durable augmente dans de nombreux secteurs de l’industrie. Les compagnies aériennes en particulier sont sous pression en raison de lois de protection de l’environnement plus restrictives. Le gouvernement allemand a annoncé son intention d’introduire un mélange important de kérosène généré électriquement (e-kérosène) avec du carburant d’aviation conventionnel en tant que quota obligatoire à partir de 2026.

Une demande supplémentaire pourrait également provenir d’autres secteurs à l’avenir, par exemple des fabricants de peintures et de revêtements, qui pourraient utiliser la cire obtenue pour produire des additifs. Il y aura également suffisamment de clients dans les industries des cosmétiques et des lubrifiants, déclare Erik Reichelt. À cet égard, les exploitants d’installations de biogaz qui équipent rapidement leurs opérations avec la nouvelle technologie peuvent être les premiers à répondre à cette demande du marché pour les cires biogéniques. Et si ce sous-marché devient sursaturé, la cire peut également être liquéfiée en carburant en utilisant une technologie d’usine supplémentaire.

Transfert à l’échelle industrielle prévu

À l’ordre du jour, le passage de l’usine pilote à l’échelle industrielle plus large. Pour cette phase de transfert, Fraunhofer IKTS recherche actuellement des financements auprès du programme d’accompagnement au changement structurel des bassins houillers. Dans la prochaine étape du projet, une usine capable de produire plusieurs centaines de litres de produits de synthèse par heure est à prévoir.