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Depuis près de trois décennies, les scientifiques de l'environnement, les activistes et les chefs d'entreprise sont confrontés aux problèmes de pollution atmosphérique et de changement climatique. Un consensus s'est dégagé sur la nécessité d'alternatives viables aux combustibles fossiles, capables de propulser les économies tout en préservant la pureté de l'air, de l'eau et des sols. La biomasse a été identifiée comme l'une de ces sources d'énergie et — peu de temps après — la technologie a fourni les moyens d'y parvenir : la production de biogaz par digestion anaérobie. Grâce au biogaz, non seulement les véhicules peuvent être alimentés, mais des communautés entières peuvent recevoir de l'électricité. L'aspect le plus prometteur est qu'aucune pénurie de biomasse n'est à l'horizon.
En fait, quiconque fait un tas de compost dans son jardin favorise et contribue à la digestion anaérobie. Lorsque l'oxygène est absent des matières biodégradables, une série de réactions physiques et chimiques se produisent, au cours desquelles la matière en décomposition est décomposée, libérant du biogaz contenant du méthane, du CO₂ et — en moindres proportions — de l'azote, de l'hydrogène et du monoxyde de carbone. Selon l'American Biogas Council, trois bactéries sont actives dans cette séquence d'événements : • Les bactéries acidogènes — qui transforment les acides aminés et les sucres en acides organiques, en hydrogène, en ammoniac et en CO₂. • Les bactéries acétogènes — qui prennent les acides organiques et les convertissent ensuite en acide acétique, ainsi qu'en ammoniac, en CO₂ et en hydrogène. • Les méthanogènes — qui utilisent ces produits chimiques pour produire du méthane et du CO₂.
L'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) décrit le gaz produit par le digesteur anaérobie de biogaz comme étant dirigé vers une installation pour un traitement ultérieur ou, s'il est utilisable tel quel, vers un véhicule ou une machine conçue pour fonctionner au biogaz. Un traitement supplémentaire aide à extraire l'excès d'humidité aux fins de combustion. Dans d'autres cas, une trop grande quantité de H₂S est présente dans le gaz. Ce composé est corrosif pour les réservoirs de stockage et de combustion, il doit donc également être extrait.
La biomasse anaérobie qui subit une digestion — également appelée substrat — peut être constituée d'une variété de matières organiques. Idéalement, un digesteur anaérobie de méthane devrait traiter un substrat qui génère le méthane le plus pur et en plus grande quantité. Un excellent substrat est le fumier de bétail (digestion anaérobie de la bouse de vache pour la production de biogaz). La gestion des déchets a longtemps été un fléau pour les agriculteurs — et une nuisance nocive pour ceux qui vivent à proximité. Lorsqu'il est traité dans un réacteur anaérobie, ce qui était autrefois un surplus d'engrais est désormais une source puissante de chaleur et d'électricité grâce à la production anaérobie de méthane. De plus, les cendres restantes peuvent parfois nourrir le sol mieux que le fumier brut. Un autre substrat rentable est l'eau usée. Un nombre croissant d'installations de traitement des eaux intègrent une conception de digesteur anaérobie pour les eaux usées. Ici, l'eau est séparée de ses contenus solides, qui sont ensuite soumis à un traitement anaérobie des boues. Une fois les déchets décomposés et le biogaz libéré, le gaz est utilisé pour fournir de la chaleur aux chaudières de l'usine. Parfois, le biogaz contient des contaminants qui doivent être épurés, conformément aux directives de l'EPA, avant de pouvoir être utilisé efficacement. Un troisième cas d'emploi de substrat implique les déchets alimentaires. La production de biogaz par digestion anaérobie est facilement applicable aux denrées alimentaires en fermentation, aux coquilles, aux écorces, aux pelures, etc. Ces éléments sont facilement accessibles et riches en matière organique. Mieux encore, leurs émissions de biométhane sont abondantes.
Comme mentionné ci-dessus, les cendres issues de la digestion du fumier de porc, de bovin et de volaille constituent en elles-mêmes un engrais des plus nutritifs — sans l'arôme tenace. Certains matériaux digérés sont compostés, ou utilisés pour la litière des bovins laitiers ou convertis en d'autres matières. De cette façon, le CAPEX d'un digesteur anaérobie est atténué par l'utilisation efficace des composants du substrat. En fait, « déchet anaérobie » est presque une contradiction dans les termes. Bien que les résultats ne soient pas encore définitifs, certaines recherches suggèrent que le biofertilisant issu du digestat surpasse l'engrais minéral lorsqu'il est appliqué à certaines cultures. Dans une étude portant sur les tomates, le digestat a produit des rendements plus élevés que les minéraux.
Le coût d'un réacteur anaérobie peut varier considérablement en fonction du type de réacteur (tel que le réacteur à lit de boues granulaires anaérobies ascendant, ou l'UASB, ou le réacteur à chicanes anaérobie, ou l'ABR), du volume qu'il peut traiter, du type de déchets à traiter, du niveau de prétraitement requis et de la complexité du système, entre autres facteurs. Au moment de la coupure de mes connaissances en septembre 2021, les coûts pouvaient aller de plusieurs milliers de dollars pour de petits systèmes basiques à des millions de dollars pour de grandes installations industrielles complexes. Les coûts d'exploitation et de maintenance continus sont également cruciaux à prendre en compte, car ils peuvent être significatifs sur la durée de vie du réacteur. Ces facteurs incluent la main-d'œuvre, l'énergie, l'élimination des boues et le remplacement périodique des pièces. Il est important de noter que la faisabilité économique des réacteurs anaérobies peut souvent être améliorée en exploitant et en vendant le biogaz qu'ils produisent. En raison de ces variations, il est fortement conseillé aux utilisateurs potentiels d'obtenir des devis détaillés auprès d'entreprises spécialisées dans les digesteurs anaérobies telles que Gazpack pour une estimation de coût plus précise.
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