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Alors que les pays, les cultures et les économies s'efforcent de se détourner des combustibles fossiles au profit de sources d'énergie ayant un impact atmosphérique plus bénin, ils disposent d'un éventail d'options parmi lesquelles choisir. Des panneaux solaires, des éoliennes, des barrages hydroélectriques et des unités géothermiques parsèment les divers paysages, reflétant un changement de mentalité quant à la manière dont l'énergie est produite. Pourtant, un autre phénomène naturel occupe une place centrale parmi les acteurs des énergies renouvelables : le biogaz. Issu de la décomposition anaérobie de substances organiques, le biogaz s'avère être un substitut fiable aux combustibles fossiles. Reconnaissant cette évolution, les scientifiques continuent de travailler à la systématisation de sa production.
Le biogaz peut provenir des eaux usées et des boues d'épuration ; du fumier de bovins et de porcs ; des déchets alimentaires et des ordures ; des branches d'arbres mortes et des créatures forestières mortes ; et d'une multitude d'autres matières organiques. L'essentiel est que cette matière se décompose coupée de toute alimentation en oxygène. Ainsi, le biogaz est créé constamment dans des circonstances naturelles : sous un tas de feuilles tombées ou au sein d'un amas de tontes de gazon, par exemple, ou dans un marais ou au coin d'une grange. Qu'il soit produit spontanément ou de manière intentionnelle, le biogaz est principalement constitué, mais pas exclusivement, de méthane (CH₄) et de dioxyde de carbone (CO₂). Le méthane est essentiel à sa capacité énergétique. De plus, le biogaz contient de faibles pourcentages d'eau, d'azote, de sulfure d'hydrogène et d'autres composés organiques volatils. En fait, le biogaz brut a une composition chimique très similaire à celle du gaz naturel extrait des gisements minéraux — sans les émissions de gaz à effet de serre. Bien que minuscules parmi la teneur globale, ces composants moindres peuvent nuire à la santé publique, aux réservoirs, aux pipelines et à l'efficacité générale du biogaz. La nature ne peut pas les éliminer, mais les humains le peuvent.
En utilisant le fumier de porc comme modèle de matière organique — parfois appelé substrat ou matière première — la première étape consiste à alimenter un digesteur anaérobie, ou réacteur de biogaz, avec une quantité appropriée de fumier pour produire la quantité de biogaz nécessaire. Le fumier de porcs est idéal car il est stocké sous forme de lisier, empêchant l'oxygène de s'y infiltrer. L'ajout d'eau aide également à diluer la teneur en ammoniac ; l'ammoniac peut supprimer la production de méthane. Le préchauffage du fumier (à 95 degrés F ou plus) peut également accélérer le processus de digestion. La matière première entre dans le digesteur par une entrée. À l'intérieur du réservoir de digestion, un agitateur commence à tourner pour distribuer plus uniformément les microorganismes dans tout le substrat. Les chercheurs en vulgarisation de la Pennsylvania State University concluent que le substrat de fumier de porc nécessite une rétention de sept à dix jours dans le digesteur pour permettre une production maximale de biogaz. Une fois la digestion terminée, le biogaz est collecté pour un traitement ultérieur. Le substrat — maintenant appelé digestat ou effluent — peut servir d'engrais très nutritif, de litière pour animaux ou de composants de produits manufacturés.
L'élimination des composés chimiques toxiques et corrosifs du biogaz a de nombreuses variantes. Dans un système de biogaz de ferme, le flux de gaz passe à travers des éclats de fer ou de la laine d'acier. Des membranes plus sophistiquées peuvent être utilisées dans d'autres installations, par exemple les stations d'épuration. Alternativement, le flux de gaz peut passer à travers une solution d'amine qui absorbe les composés superflus ou être adsorbé par un solide traité chimiquement comme le charbon actif. Le type et l'étendue du nettoyage dépendent de l'objectif du biogaz. Le biométhane, pour le carburant automobile, nécessite le raffinage le plus exhaustif.
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