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Le méthane est un gaz à effet de serre qui contribue à la pollution atmosphérique et aux complications liées au changement climatique. En même temps, c'est un gaz renouvelable qui sert de source abondante d'énergie produite, ainsi qu'un moyen écologique de propulser des véhicules. Mieux encore, il est plus abondant et immédiatement accessible que le gaz naturel issu de gisements géologiques. Cependant — tout comme le gaz naturel, le pétrole ou le charbon — le biogaz sous sa forme la plus brute contient des composés chimiques qui nuisent à l'économie, à l'efficacité et, bien sûr, à la sécurité. Un épurateur de biogaz est un remède à ces substances indésirables.
L'essence du biogaz est le méthane, ou CH₄, un gaz à effet de serre incolore et inodore. Ainsi, lorsqu'il est abondant dans l'atmosphère, le CH₄ retient la chaleur et aggrave le réchauffement climatique et le changement climatique. Moins copieux et moins persistant que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane est néanmoins un piège à chaleur plus menaçant que tout autre gaz à effet de serre. Cela dit, le CH₄ a un fort potentiel énergétique. Le biogaz purifié contribue désormais aux réseaux électriques régionaux et aux systèmes de transport public. Cela prouve que, lorsqu'il est capturé, le méthane du biogaz est un atout environnemental plutôt qu'un passif.
Comment cela se produit-il ? Considérez ce fait : certaines estimations attribuent 15 % des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine aux flatulences bovines. Qu'est-ce que cela, sinon le produit de la digestion, c'est-à-dire la décomposition de substances pour former divers composés chimiques. Tel est le cas de la digestion anaérobie. Ce processus produit du méthane à partir de toutes sortes de déchets : compost, eaux usées, fumier, décharges, branches d'arbres mortes, carcasses d'animaux, etc. À une époque où la gestion des déchets est un facteur de stress environnemental croissant, la digestion anaérobie — qui a lieu naturellement ou par intention humaine — aborde les écologies de la terre et de l'atmosphère.
Tel qu'il est conçu par l'homme, un digesteur anaérobie prend n'importe quelle matière première — également appelée substrat — listée ci-dessus et la confine dans une cuve dépourvue d'oxygène. Une fois ainsi isolée et chauffée à diverses températures, la matière organique passe par plusieurs phases de décomposition au moyen de bactéries. À la fin de ce processus, le substrat produit du CH₄, du CO₂ et un ensemble d'autres composés en traces. C'est le biogaz, qui est détourné vers un autre récipient pour la capture et le stockage. Le reste de la matière première est le digestat, réservé à un usage ultérieur, par exemple comme engrais ou litière pour le bétail. Pendant ce temps, l'avenir du biogaz capturé dépend de son traitement. Tel qu'il est après la digestion, le biogaz n'est pas encore prêt à être utilisé.
Le biogaz brut est du méthane plus — plus du CO₂, du sulfure d'hydrogène (H₂S), des siloxanes, des mercaptans et du dioxyde de soufre, entre autres substances. À des degrés divers, ces produits chimiques rendent le biogaz moins efficace en tant que source d'énergie et peuvent endommager la capacité de transport et de stockage. Certains d'entre eux sont toxiques pour la santé humaine. Inutile de dire que les producteurs de biogaz doivent les purger pour que leur gaz soit sûr et efficace pour les consommateurs. Les procédures de nettoyage dépendent largement de l'utilisation finale du biogaz. Par souci de simplicité, nous considérons le traitement le plus complet, le traitement intégral.
Un certain nombre de mécanismes différents servent à éliminer les composés destructeurs du biogaz brut. Parmi les plus efficaces, une solution d'hydroxyde de calcium, ou chaux éteinte, peut éliminer à la fois le CO₂ et le H₂S dans des conditions de haute pression, de basse température et de pH élevé. En utilisant l'adsorption, le charbon actif est un puissant éliminateur de CO₂ tout en convertissant le H₂S en soufre pur. Le sulfure de fer élimine également le H₂S du mélange.
La vapeur d'eau est une autre présence néfaste dans le biogaz brut. Diminuant le pouvoir calorifique du biogaz, le H₂O réduit ainsi les rendements énergétiques des moteurs alimentés au biogaz. Ainsi, bien que non toxique comme le H₂S, la vapeur d'eau est néanmoins un obstacle à une performance efficace. Un système d'épuration de biogaz solide compresse généralement la vapeur, la refroidit et la laisse précipiter hors du biogaz. D'autres moyens d'éliminer la vapeur de H₂O du flux sont l'adsorption avec du gel de silice ; le glycol et les sels hygroscopiques à haute température ; et les tamis qui peuvent capter les molécules d'eau. Tous s'avèrent être des éléments efficaces d'épuration.
Que l'une ou l'ensemble des méthodes d'épuration soit nécessaire dépend de la matière première initiale ; du processus de digestion anaérobie ; et du but du biogaz. Le type de digestion anaérobie, dans ce contexte, fait référence au niveau de chaleur appliqué dans la cuve de digestion.
environ 20 degrés Celsius
entre 35 et 40 degrés Celsius
entre 50 et 60 degrés Celsius
Bien sûr, les différences de chaleur dépendront également du substrat et du but. Ainsi, chacun des éléments d'un système d'épuration de biogaz est, en un sens, accordé aux autres.
La facilité avec laquelle le biogaz est obtenu par rapport au gaz naturel géologique complète les avantages environnementaux globaux de ce gaz naturel renouvelable. Pourtant, le méthane biogaz est une récolte qui produit de nombreuses « mauvaises herbes » métaphoriques. Ce sont des composés chimiques qui freinent la performance ultime du gaz à moins d'être éliminés. Heureusement, il existe de multiples façons d'éliminer ces substances prohibitives du méthane utilisable. Certaines impliquent une application liquide ; d'autres utilisent l'adsorption sur des solides. Une fois ce traitement terminé, le biogaz devient une source d'énergie abondante hautement pratique et respectueuse de l'environnement.
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