Le gaz vert peut être du biométhane, de l’hydrogène vert ou un mélange des deux. La production du gaz vert s’obtient selon plusieurs procédés qui utilisent comme sources renouvelables la biomasse ou l’électricité renouvelable (solaire, éolien, hydraulique, géothermie).
Méthanisation
La méthanisation ou digestion anaérobie est le moyen le plus souvent médiatisé de produire du gaz vert. Il s’agit de la phase de transformation de la biomasse humide en gaz où les déchets de biomasse sont brassés et chauffés dans des digesteurs privés d’oxygène durant 60 jours. Ces déchets de biomasse humide sont des ordures ménagères, des boues en provenance des stations d’épuration, des produits agricoles et résultant de l’entretien des espaces verts, des résidus de l’industrie agroalimentaire ou de la restauration collective.
Le gaz obtenu à la suite de la méthanisation devient vert quand on lui retire le CO2 qu’il contient pour que cela donne un gaz composé à 97 % de biométhane par des techniques d’épuration poussée.
Les techniques d’épuration sont variées et sont décrites ci-dessous.
- Lavage à l’eau, aux amines ou au glycol : le gaz à épurer passe à contre-courant dans une colonne de lavage. Les condensats sont récupérés, traités et recyclés.
- Tamis moléculaire : le biogaz passe dans une colonne d’adsorption, sous pression, remplie d’un garnissage possédant des qualités physico-chimiques permettant la séparation du CO2 et du CH4 (ex. : charbon actif, zéolithe…).
- Membrane : le biogaz passe sous pression dans plusieurs membranes étagées en série, le CO2 est retenu par la membrane tandis que le CH4 passe à travers. La sélectivité des membranes est choisie en fonction de la qualité du biogaz à traiter.
- Cryogénie : le biogaz est refroidi sous pression et le CO2 et le CH4 sont liquéfiés puis séparés à deux températures différentes.
Ce gaz vert est très efficace, tellement bien qu’il peut être injecté dans les réseaux de gaz naturel.
Le biométhane est strictement inodore. Il doit donc subir une phase d’odorisation, afin d’être en mesure de détecter une fuite éventuelle au sein d’un bâtiment, où il sera utilisé pour le chauffage du bâtiment, le chauffage de l’eau sanitaire, la cuisine.
La figure Schéma du procédé de méthanisation pour la production du gaz vert et son usage dans le bâtiment montre les étapes de transformation de la biomasse en gaz vert.
Schéma du procédé de méthanisation pour la production du gaz vert et son usage dans le bâtiment
Si la méthanisation repose schématiquement sur un même scénario simpliste qui aboutit à la production de biométhane/gaz vert, différents traitements en amont et en aval sont rendus nécessaires selon la nature des déchets et les résidus obtenus.
Parmi les opérations de prétraitement, on distingue divers procédés d’élimination d’éléments indésirables (cas des ordures ménagères) et d’homogénéisation de la matière à méthaniser. On peut alors soumettre pendant plusieurs jours le substrat à un digesteur hermétique, que des bactéries vont progressivement dégrader jusqu’à l’obtention de biogaz composé de méthane, de CO2, de souffre et d’eau.
L’opération peut se poursuivre dans un post-digesteur qui permettra de compléter le volume de gaz déjà récupéré, le tout étant ensuite soumis à différents traitements pour le débarrasser du soufre (ex. : filtre à charbon), de l’eau (ex. : séchage par refroidissement et condensation), et du CO2 (ex. : épurations poussées). Dans les digesteurs et post-digesteurs, reste le digestat qui peut être traité par une centrifugeuse pour en obtenir deux présentations, liquide et solide. Le plus souvent, ces produits sont valorisés comme fertilisants.
Pyrogazéification
La technique par pyrogazéification permet d’obtenir du biométhane de 2e génération, appelé ici méthane de synthèse, à partir de la biomasse sèche ou biomasse humide ou de matières organiques via un processus thermochimique.
La figure Schéma de production et de distribution de gaz vert par pyrogazéification montre le schéma de transformation de biomasse en gaz vert.
Schéma de production et de distribution de gaz vert par pyrogazéification
Ce méthane de synthèse est produit par méthanation entre les produits du syngaz (H2, CO2) et est par la suite injecté dans le réseau de gaz. Après l’injection dans le réseau de gaz, le gaz vert est transporté dans les méthaniers et distribué vers les lieux de consommation comme le bâtiment pour le chauffage des pièces, de l’eau sanitaire du bâtiment.
Power to Gas
Obtenir du méthane de synthèse via une architecture Power to Gas n’est encore qu’un processus expérimental.
La figure Schéma de production et de distribution de gaz vert par méthanation montre le schéma de transformation d’électricité renouvelable en gaz vert.
Schéma de production et de distribution de gaz vert par méthanation
À la base, il s’agit, lorsque l’offre en électricité est supérieure à la demande, de ne pas perdre l’énergie produite par les sources renouvelables (éolien, photovoltaïque) en l’exploitant pour électrolyser l’eau. Par électrolyse de l’eau, l’on obtient de l’hydrogène qui peut être utilisé de façon diverse ou injecté dans le réseau de gaz naturel où les deux produits se mélangent parfaitement jusqu’à une certaine proportion. Après l’injection dans le réseau de gaz, le gaz vert est transporté vers les lieux de consommation comme le bâtiment pour le chauffage des pièces, de l’eau sanitaire du bâtiment.
