 Le Biogaz ?  4. Techniques et filières de valorisation du biogaz
4.2 Les formes d'énergie utile
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4.2.1 - Les filières de valorisation du biogaz : des stades de développement variés
a ) Toutes les formes d'énergie utile
Le biogaz est convertible en pratiquement toutes les formes utiles d'énergie.
Certaines applications sont largement développées et l'offre industrielle et commerciale est solidement établie pour :
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l'utilisation directe en four
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la production de chaleur sous forme d'eau chaude ou de vapeur
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la production d'air chaud pour le séchage
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la production d'électricité par moteur à gaz, turbine à vapeur, turbine à gaz
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la production combinée d'électricité et de chaleur par cogénération
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D'autres filières sont au stade de l'émergence :
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carburant automobile après épuration et compression
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électricité produite par pile à combustible
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froid par machine à absorption à gaz
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b ) Dans la pratique : une limitation des usages par la présence de débouchés adaptés
D'une manière générale, les valorisations thermiques nécessitent des débouchés de proximité : il peut s'agir de consommateurs externes au site de production (industries, réseaux de chaleur…) ou d'usages internes. Sur les stations d'épuration, une partie du biogaz produit est ainsi en général utilisée pour maintenir le digesteur à la température de fermentation (généralement 37°C ou 55°C). Cette consommation interne du procédé représente environ 15 à 30 % de la production. L'énergie est parfois utilisée pour déshydrater les boues.
Faute de débouchés de proximité, la valorisation du biogaz nécessite son exportation sur les réseaux de distribution électrique ou de gaz naturel.
Les gammes de production varient de 10 à 10.000 m3 de méthane à l'heure, correspondant à des puissances de 0,1 à 100 MW primaire.
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4.2.2 - Panorama des principaux usages actuels du biogaz
Les possibilités de valorisation du biogaz dépendent du type de gisement. On constate par exemple que les centres d'enfouissement de déchets s'orientent majoritairement vers la production d'électricité seule du fait de l'absence de débouchés thermiques locaux. Le biogaz issu d'effluents industriel, quant à lui, est très souvent utilisé directement pour les besoins de l'établissement. La situation est plus contrastée pour les unités de méthanisation des biodéchets municipaux ou des déjections d'élevage, qui ont plus fréquemment recours à la cogénération.
a) Energie thermique seule
Le biogaz est utilisé pour des besoins thermiques autres que ceux nécessaires à la méthanisation : soit sur le site de production (séchage des boues, déshydratation de lixiviats…), soit à l'extérieur (livraison de chaleur à un réseau urbain…).
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.Dominant pour les unités de méthanisation des effluents industriels, fréquent pour toutes les autres applications.
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b) Energie électrique seule
Le biogaz alimente un moteur à gaz (ou une turbine), qui produit de l'électricité. Celle-ci est le plus souvent exportée par le réseau public
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.Dominant en centres d'enfouissement.
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c) Cogénération avec autoconsommation de la chaleur :
production d'électricité avec utilisation de l'énergie thermique pour le chauffage des digesteurs seulement.
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.Majoritaire en stations d'épuration urbaines, digesteurs agricoles
.Fréquente pour les STEP industrielles et les unités centralisées ou de méthanisation des biodéchets.
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d) Cogénération avec usage externe de la chaleur
production d'électricité avec valorisation de l'énergie thermique, d'une part pour le chauffage des digesteurs, d'autre part pour un autre usage. La valorisation peut être interne au site de production de biogaz, mais sans qu'elle ne soit liée au procédé de méthanisation (déshydratation des boues, des lixiviats de décharge ou du digestat…), ou externe (réseau de chaleur…).
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.Majoritaire sur les unités centralisées ou de méthanisation des biodéchets,
.Fréquente en STEP urbaine ou en centre d'enfouissement.
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e) Autres usages (gaz naturel, carburant…)
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.Occasionnels en STEP urbaine, en centre d'enfouissement, sur les unités centralisées ou de méthanisation des biodéchets.
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Il existe nombreux sites où ces différentes solutions sont combinées. Par exemple une production d'électricité entièrement exportée sur le réseau public en hiver, et une valorisation thermique directe en été.
Modes habituels de valorisation des excédents de biogaz (hors autoconsommation de chaleur interne au procédé de méthanisation*) en fonction des sources
(*) L'autoconsommation de chaleur pour le seul chauffage des digesteurs n'est pas considérée ici comme un mode de valorisation énergétique. Cependant, le bilan énergétique est positif si l'on compare la digestion à un autre mode de traitement des déchets qui, lui, aurait nécessité de fournir de l'énergie, par exemple un traitement aérobie ou du compostage.
Note : il s'agit ici des usages les plus fréquemment constatés. Ceux-ci ne sont pas nécessairement optimisés d'un point de vue énergétique et environnemental. On peut par exemple, déplorer le fait que, pour les centres d'enfouissement qui produisent de l'électricité, la chaleur disponible reste en majorité inutilisée, du fait de l'absence de débouchés à proximité.
Exemple de lecture du tableau : pour les stations d'épuration urbaines, la cogénération d'électricité (sans valorisation de chaleur autre que pour le chauffage des digesteurs) est le mode majoritaire de valorisation. La valorisation '' externe '' de la chaleur est fréquente tandis qu'à l'inverse, la valorisation externe de l'énergie thermique seule (sans cogénération) est un cas occasionnel. La production de gaz carburant ou de gaz naturel est rare.
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