Des chercheurs allemands développent un procédé pour augmenter le rendement en méthane des usines de biogaz

Les installations de biogaz conventionnelles produisent du méthane, mais plus de 40 % de leur production totale est un sous-produit, le CO2, qui doit encore être rejeté dans l’atmosphère. 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 5 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 installations de biogaz jouent un rôle important dans la défossilisation. Les bactéries de ces plantes 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 la chaleur et de l’électricité 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.

Les chercheurs de Fraunhofer IMM travaillent actuellement sur une technologie pour utiliser le CO2.

Le Dr Christian Bidart, l’un des scientifiques de Fraunhofer IMM, expliquant le principe du nouveau procédé, a déclaré : « Nous convertissons le CO2 en méthane en utilisant de l’hydrogène vert.

« Cela signifie que le biogaz produit peut être utilisé dans toute sa mesure maintenant et pas seulement à environ 60 %, comme par le passé. La réaction chimique sous-jacente a été découverte il y a plus de 100 ans, mais à ce jour, elle n’a pas été utilisée pour la valorisation directe du biogaz. Dans le cadre de la transition énergétique, cependant, les voies d’utilisation du CO2 sont mises en évidence.

Dans le projet ICOCAD I, l’équipe de recherche a développé une usine de démonstration qui convertit 1 mètre cube de biogaz par heure en 1 mètre cube de méthane avec une puissance thermique équivalente à 10 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 5 – 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.

Bidart, élargi : « Nous travaillons donc à rendre l’ensemble du système flexible afin d’éviter au maximum le stockage d’hydrogène. »

Les réservoirs de stockage de CO2 font partie de ce plan, car la quantité de CO2 produite dans les usines de biogaz reste constante.

Développer des catalyseurs efficaces pour la réaction était un autre défi. La solution proposée par les chercheurs de Fraunhofer IMM consistait à utiliser un micro-revêtement 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 ensuite l’un avec l’autre.

Bidart explique que de nombreuses microstructures de ce type sont empilées les unes sur les autres dans le réacteur, et : « De cette façon, nous pouvons augmenter la surface de contact entre les gaz et le matériau catalyseur et réduire la quantité de catalyseur nécessaire.

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, compte tenu des volumes importants de CO2 produits par les usines de biogaz. Les chercheurs ont d’autres plans pour passer à 500 kilowatts d’ici 2025 et à nouveau à 1 à 2 mégawatts d’ici 2026.