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Il est évident qu'un dérivé de la biomasse et des matières organiques, à savoir le biogaz, devient un élément essentiel du mouvement en faveur des formes d'énergie renouvelables. Le méthane extrait de matériaux aussi divers que les eaux usées et le compost, les eaux de ruissellement et le fumier de vache, est désormais utilisé pour produire de l'électricité et alimenter des véhicules. Source d'énergie beaucoup plus respectueuse de l'environnement que le pétrole, le charbon ou même le gaz naturel, le biogaz répond à deux grands défis environnementaux : la pureté de l'atmosphère et le problème incessant de la gestion des déchets solides. Il offre également un avantage supplémentaire : il est facilement convertible en gaz naturel comprimé (CNG).
Le fumier n'est qu'un exemple parmi de nombreux substrats — c'est-à-dire des matières organiques — utilisés dans le processus de digestion anaérobie. Il s'agit d'une séquence d'événements qui se sont produits naturellement depuis des temps immémoriaux. Chaque fois que du fumier (ou des excréments de cerf, etc.) est enfoui sous d'autres éléments, tels que des feuilles mortes, du fourrage et de la terre, il est privé d'oxygène. Dans ces conditions, des bactéries se forment qui décomposent la matière solide et libèrent du méthane (CH₄) et du dioxyde de carbone (CO₂). Les digesteurs anaérobies sont des créations humaines qui reproduisent et accélèrent ces réactions pour produire du méthane utilisable. Le biogaz extrait de ce substrat peut alimenter des turbines qui génèrent elles-mêmes de l'électricité. Non seulement une ferme laitière peut produire sa propre énergie, mais dans de nombreux cas, elle peut revendre l'excédent d'électricité au service public local. De plus, le biogaz est pratique partout où le gaz naturel peut être utilisé : cuisine, chauffage et même production de méthanol.
Son nom l'indique : le gaz naturel comprimé (CNG) est obtenu lorsque le gaz naturel est condensé — à environ 3 000 livres par pouce carré (psi) ou plus — à un pour cent de son volume à pression atmosphérique standard. Moins dangereux pour les personnes et la nature que l'essence, le CNG accomplit tout ce que le gaz naturel fait. Contrairement au gaz naturel, qui doit être liquéfié (LNG) pour le transport et le stockage, le gaz naturel comprimé le reste pendant les deux phases. Le CNG reste principalement un carburant à plus petite échelle : pour les voitures, par exemple, ou les foyers individuels. Pendant ce temps, le LNG continue d'être le gaz naturel primaire desservant l'industrie, les systèmes de transport en commun et les services publics.
À l'instar du gaz naturel d'origine géologique, le biogaz brut est souvent contaminé par des composés chimiques problématiques. Par conséquent, la première étape consiste à éliminer les impuretés toxiques ou causant une inefficacité. Parmi ces contaminants figurent le diazote (N₂), l'eau (H₂O), le sulfure d'hydrogène (H₂S), l'ammoniac (NH₃) et le dioxyde de carbone (CO₂). Cela est réalisé par lavage physique et chimique dans une usine de CNG à partir de biogaz. Une fois débarrassé de ses impuretés, le biogaz — à ce stade composé de plus de 97 % de méthane et de moins de 2 % d'oxygène — est comprimé à une pression allant de 3 000 à 3 600 psi. Un fabricant d'usines de bio CNG conçoit l'installation pour ces deux fonctions : purification et compression multi-étapes. Le coût de l'usine de bio CNG doit également prendre en compte la phase de stockage. Le stockage tampon stocke le bio-CNG sous une pression maximale de 3 600 psi ; il produit 20 % de bio-CNG en plus en un tiers du temps. Alternativement, le stockage en cascade prévoit trois réservoirs de pression croissante. La cascade réduit la consommation d'énergie de moitié, diminuant le coût de l'usine de conversion du biogaz en CNG. L'application pratique est de limiter le stockage en cascade pour le remplissage des flottes, car cette tâche prend normalement des heures.
La toute première usine à cet effet a été développée en 2010 dans une décharge du Wisconsin. Les décharges sont et étaient une préoccupation constante pour une raison évidente : leur espace est limité. La digestion anaérobie contribue à améliorer cette situation en extrayant le biogaz des matières organiques. Le gouvernement américain reconnaît la valeur économique et environnementale de la production et de la conversion du biogaz. Cette reconnaissance se manifeste par le programme « Landfill Methane Outreach Program » de l'Agence de Protection de l'Environnement (EPA). Ce programme accorde des crédits d'impôt et des remises aux producteurs participants, compensant les dépenses d'une usine de biogaz vers CNG. L'EPA finance également des projets de recherche pour améliorer et innover la technologie qui fait du biogaz un carburant alternatif efficace.
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