CHAUFFAGE
Install Magazine 981 – février 2022
Production de biométhane à partir d’eaux usées
Aquafin met une installation de biométhane en service
Le biogaz brut est produit dans un digesteur.
Le réservoir sphérique destiné au stockage du biogaz.
Une batterie de filtres à charbon actif extrait les impuretés du biogaz.
Bright Biomethane fournit l’installation de retraitement sous la forme d’un ensemble autonome, via une formule de leasing.
L’unité d’injection sur le réseau de gaz de Fluvius.
Lors de l’épuration des eaux usées, une boue se crée ; elle résulte de la croissance de microorganismes qui absorbent la saleté. En laissant la boue excédentaire fermenter, on produit alors du biogaz. Dans l’installation de traitement des eaux usées d’Anvers Sud, Aquafin a mis en service une installation de retraitement qui transforme le biogaz en biométhane. Ce dernier peut alors être injecté dans le réseau de gaz naturel. Les premiers résultats sont extrêmement encourageants.
De la cogénération au biométhane
Toutes les eaux usées de la zone urbaine d’Anvers aboutissent en fin de parcours dans la station d’épuration Aquafin d’Anvers. Du processus d’épuration naît pas mal de boues excédentaires, qui doivent être traitées. Aquafin a ici choisi de laisser fermenter ces boues afin de produire du biogaz. Les boues résiduelles sont alors séchées et utilisées comme combustible, notamment dans l’industrie du ciment. Jusqu’à présent, Aquafin convertissait le biogaz en chaleur et électricité vertes à l’aide d’une cogénération. L’installation de cogénération a lentement atteint la fin de sa durée de vie, et Aquafin s’est mis en quête d’une alternative pour valoriser le gaz. La solution trouvée fut celle d’une centrale à membranes, placée par la société néerlandaise Bright Biomethane. Cette installation revalorise le biogaz brut en biométhane, qui est injecté dans le réseau de gaz de Fluvius.
La production de biométhane possède des avantages par rapport à une cogénération. L’installation de retraitement a un processus relativement simple : le gaz brut est prétraité et comprimé, à la suite de quoi les membranes séparent le CO2 du méthane. Le méthane est distribué via le réseau de gaz et vendu dans toute l’Europe. Une cogénération produit du courant vert à l’aide de biogaz, dont la chaleur est verte est, uniquement dans le meilleur des cas, également mise à profit de manière optimale.
Convertir du biogaz en biométhane
Le biogaz qui sort du digesteur est stocké dans un grand réservoir tampon. Ce dernier se compose d’un grand ballon logé dans une enveloppe sphérique. Il n’y a pas de contact direct entre le ballon intérieur et le globe externe. La pression entre le ballon intérieur et le globe extérieur détermine la pression du biogaz brut. Celle-ci est maintenue à un niveau inférieur à celui de la pression d’ouverture des clapets de sécurité, de façon à éviter que du gaz ne s’échappe dans l’environnement. Tout le gaz est traité de manière optimale dans l’installation de biométhanisation.
Pour la conversion en biométhane, Bright Biomethane recourt à la technique à membrane. Ce processus se déroule en différentes étapes. Le biogaz est tout d’abord refroidi à 2°C à l’aide d’un chiller, afin de permettre à l’humidité de se condenser. Il est ensuite dirigé vers un compresseur qui augmente la pression jusqu’à 100 mbar, ce qui fait aussi monter la température jusqu’à 10-15°C. De là, il passe par trois filtres à charbon actif, qui servent à éliminer du biogaz certaines substances indésirables. Il s’agit surtout d’H2S résultant de la corrosion et de COV, susceptibles de boucher les membranes.
Vient ensuite la séparation proprement dite du méthane et du CO2. Le biogaz est pour ce faire amené à une pression de 10 bar. La température monte ici jusqu’à 80°C, ce qui est trop chaud pour les membranes. C’est pourquoi on prévoit un échangeur de chaleur intermédiaire qui abaisse la température jusqu’à 40°C. Le gaz passe alors par deux batteries de membranes, qui retiennent le méthane, tout en laissant passer le CO2. Le biométhane est alors dirigé vers l’installation d’injection de Fluvius, alors que le CO2 est rejeté dans l’air. Mais avant cela, le CO2 passe d’abord par une 3e centrale à membranes qui extrait les derniers résidus de méthane, de façon à ce que le gaz évacué ne contienne plus que 0,5% de méthane. Lorsque le biogaz sort du digesteur, il comprend environ 60% de méthane, dont plus de 99,5% est récupéré et livré à Fluvius.
La technique à membrane présente l’avantage de pouvoir fonctionner avec une installation très compacte. Il est en outre possible de réagir de manière flexible aux quantités variables de gaz. L’installation est prévue pour environ 60 Nm3/h, avec un max. de 120 Nm3/h. Aquafin mise sur une production d’environ 600.000 m3 par an. Les débits précis peuvent varier parce que l’apport en biogaz n’est pas constant. Si cet apport devait, pour une raison ou une autre, se révéler trop faible, l’installation se coupera d’elle-même.
A la fin du processus, le biométhane est analysé, et si tous les paramètres sont conformes aux tolérances spécifiées, il est libéré pour être envoyé vers l’unité d’injection. Cette dernière a été construite et est exploitée par Fluvius. Le gaz est alors encore analysé une dernière fois. Le point de rosée est par ailleurs contrôlé. Si tout est en ordre, un additif y est ajouté, et il peut être envoyé sur le réseau. Dans l’unité d’injection, Fluvius détermine également l’index Wobbe. La facturation s’effectue sur base de l’énergie fournie, à l’aide de l’index Wobbe et des débits. L’ensemble de l’opération se déroule de manière entièrement automatique, avec une surveillance à distance.
Des conteneurs en leasing
Bright Biomethane fournit l’installation de retraitement sous forme d’un ensemble plug & play via une formule de leasing. La firme assure aussi l’entretien et la gestion. L’installation ne nécessite que peu d’entretien : les filtres à charbon actif doivent par ex. être remplacés. Les intervalles précis dépendent du débit du gaz à travers le filtre et du degré d’encrassement. Il faut par ailleurs veiller à ce que les appareils d’analyse continuent à fonctionner correctement. Il n’y a pas d’autres interventions nécessaires.
« Il s’agit d’un projet-pilote », explique Christel Van Moer, project manager innovation projects chez Aquafin. « Certaines de nos installations de cogénération approchent la fin de leur durée de vie, et nous voulions tester cette alternative. Les premiers résultats sont en tout cas très positifs. L’installation a été mise en service début octobre, et les problèmes de démarrage sont minimes. Nous avons déjà atteint au mois de novembre un taux de disponibilité de 98%. La rentabilité répond également aux attentes. Le prix élevé du gaz y contribue naturellement. »
Possibilités ultérieures
L’installation d’Anvers Sud est une configuration de base. Le cas échéant, Bright Biomethane peut encore proposer diverses techniques d’optimalisation, comme la récupération de chaleur sur les appareils frigorifiques dans le processus. Autre avantage de cette technique : le CO2 libéré est très pur. Il est dès lors tout à fait envisageable de récupérer celui-ci et de le liquéfier pour un usage dans l’industrie. Et il y a encore de la marge pour des développements ultérieurs.
Par Alex Baumans
