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GUIDE SUR LE BIOGAZ DE LA PRODUCTION À L'UTILISATION

Publié par

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

Allemagne

Avec le soutien du ministère fédéral de l'Alimentation, de l'

Agriculture

Guide sur le biogaz

De la production à l'utilisation

La Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) a été chargée par le ministère fédéral

allemand de la Coopération économique et du Développement (BMZ) de réaliser le projet de coopération

régionale " Renforcement des capacités de formation initiale et continue pour le secteur de l'environnement,

Maghreb ». Un des principaux axes de ce projet, qui couvre la période 2010-2013, est la composante " biogaz ».

Elle vise à sensibiliser les institutions concernées par le biogaz aux avantages et possibilités de cette nouvelle

source d'énergie et à former leur personnel technique à ses principaux aspects technologiques et

économiques.

Le projet a financé la version française du " Guide sur le biogaz "

Sabine Hartig

Centre de compétence Développement des ressources humaines (DRH) - Programmes

Méditerrane & Moyent-Orient (division 33A0)

Directrice du projet

Deutsche Gesellschaft für

Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH

68169 Mannheim

Allemagne

T + 49 621 3002-227

F + 49 621 3002-132

E sabine.hartig@giz.de

I www.giz.de

Guide sur le biogaz

De la production à l'utilisation

Publié par la Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) avec le soutien du ministère fédéral de

l'Alimentation, de l'Agriculture et de la Protection des Consommateurs suite à une décision du Parlement

fédéral allemand.

Responsable

du projet : Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

Internet : www.fnr.de

Sur mandat du : ministère fédéral de l'Alimentation, de l'Agriculture et de la Protection des Consommateurs

(BMELV)

Internet : www.bmelv.de

Soutien éditorial : Deutsches BiomasseForschungsZentrum (DBFZ)

Internet : www.dbfz.de

Partenaires : Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL)

Internet : www.ktbl.de

Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI)

Internet : www.vti.bund.de/de/institute/ab/

Cabinet d'avocats Schnutenhaus & Kollegen

Internet : www.schnutenhaus-kollegen.de

Publié par : Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) Rédaction :FNR, division Communication et relations publiques

Copyright

(Cuverture) :Mark Paterson / FNR; Werner Kuhn / LWG; FNR / iStockphoto

Maquette :www.tangram.de, Rostock

5e édition, entièrement révisée, Gülzow, 2010

Tous droits réservés

Sans autorisation écrite de l'éditeur, aucune partie de cet ouvrage n'a le droit d'être reproduite, traitée, distribuée ou

archivée. Ce sont exclusivement les auteurs, et non l'éditeur, qui sont responsables des conclusions et des résultats,

des concepts et des recommandations y figurant. 3 1

Sommaire

Listes

Liste des illustrations.....................................................................................................................................................9

Liste des tableaux.........................................................................................................................................................12

Liste des auteurs........................................................................................................................................................... 15

1 Objet du Guide........................................................................................... 17

M. KALTSCHMITT, F. SCHOLWIN

1.1 Objectif............................................................................................................................................................ 17

1.2 Approche........................................................................................................................................................ 18

1.3 Contenu .......................................................................................................................................................... 18

1.4 Groupes cibles................................................................................................................................................ 19

1.5 Définition du champ d"application ............................................................................................................ 19

1.5.1 Technologie....................................................................................................................................... 19

1.5.2 Substrats............................................................................................................................................ 20

1.5.3 Actualité des données ..................................................................................................................... 20

1.5.4 Champ d"application des données................................................................................................ 20

2 Notions fondamentales de digestion anaérobie....................................... 21

J. FRIEHE, P. WEILAND, A. SCHATTAUER

2.1 Production de biogaz.................................................................................................................................... 21

2.2 Conditions environnementales dans le réacteur...................................................................................... 22

2.2.1 Oxygène............................................................................................................................................. 22

2.2.2 Température ..................................................................................................................................... 23

2.2.3 Valeur du pH.................................................................................................................................... 24

2.2.4 Apport en nutriments...................................................................................................................... 24

2.2.5 Inhibiteurs......................................................................................................................................... 26

2.3 Paramètres de fonctionnement.................................................................................................................... 27

2.3.1 Taux de charge organique et temps de séjour du digesteur...................................................... 27

2.3.2 Productivité, rendement et degré de dégradation...................................................................... 28

2.3.3 Mélange............................................................................................................................................. 29

2.3.4 Potentiel de génération de gaz et activité méthanogène............................................................ 29

2.4 Références bibliographiques........................................................................................................................ 31

Guide sur le biogaz - de la production à l'utilisation 4

3 Technologie des centrales de valorisation du biogaz................................33

J. POSTEL, U. JUNG, EL. FISCHER, F. SCHOLWIN, T. WEIDELE,

H. GATTERMANN, A. SCHATTAUER, P. WEILAND

3.1 Caractéristiques et différences entre les différentes procédures............................................................ 33

3.1.1 Teneur en matière sèche du substrat pour la fermentation.......................................................34

3.1.2 Type d"introduction.........................................................................................................................34

3.1.3 Nombre de phases et d"étapes du procédé ..................................................................................35

3.2 Technique du procédé .................................................................................................................................. 35

3.2.1 Gestion du substrat..........................................................................................................................37

3.2.2 Valorisation du biogaz....................................................................................................................55

3.2.3 Stockage du digestat........................................................................................................................70

3.2.4 Stockage du biogaz récupéré..........................................................................................................71

3.3 Codes techniques applicables...................................................................................................................... 75

3.4 Références bibliographiques ....................................................................................................................... 76

4 Description de divers substrats ..................................................................78

J. FRIEHE, P. WEILAND, A. SCHATTAUE

4.1 Substrats agricoles......................................................................................................................................... 78

4.1.1 Fumier................................................................................................................................................78

4.1.2 Cultures énergétiques......................................................................................................................79

4.2 Substrats issus de l"industrie de transformation des produits agricoles .............................................. 80

4.2.1 Production de bière..........................................................................................................................82

4.2.2 Production d"alcool..........................................................................................................................83

4.2.3 Production de biodiesel...................................................................................................................83

4.2.4 Transformation de la pomme de terre (production d"amidon).................................................83

4.2.5 Production de sucre.........................................................................................................................84

4.2.6 Sous-produits de la transformation des fruits.............................................................................85

4.3 Sous-produits d"origine purement végétale selon la loi EEG................................................................. 85

4.4 Données matières et rendements en gaz des sous-produits d"origine purement végétale................ 85

4.5 Produits de taille et herbe coupée............................................................................................................... 86

4.6 Matière issue de la gestion du paysage...................................................................................................... 87

4.7 Références bibliographiques........................................................................................................................ 87

4.8 Annexe............................................................................................................................................................ 89

5 Fonctionnement des centrales de valorisation du biogaz..........................90

J. LIEBETRAU, J. FRIEHE, P. WEILAND, A. SCHREIBER

5.1 Paramètres de surveillance du procédé biologique ................................................................................. 90

5.1.1 Taux de production de biogaz .......................................................................................................91

5.1.2 Composition du gaz.........................................................................................................................91

5.1.3 Température......................................................................................................................................92

5.1.4 Volume d"entrée et niveaux de remplissage................................................................................92

5.1.5 Caractéristiques du substrat...........................................................................................................93

5.1.6 Mesure de la concentration en acides organiques.......................................................................94

5.1.7 Valeur du pH....................................................................................................................................95

5.1.8 Concentrations en oligo-éléments .................................................................................................96

5.1.9 Azote, ammonium, ammoniac.......................................................................................................96

5.1.10 Couches de boue flottantes.............................................................................................................98

5.1.11 Formation de mousse ......................................................................................................................98

5.1.12 Évaluation du procédé....................................................................................................................99

Sommaire

5

5.2 Contrôle et automatisation de la centrale.................................................................................................. 99

5.2.1 Système de bus............................................................................................................................... 101

5.2.2 Planification de la configuration.................................................................................................. 101

5.2.3 Applications/visualisation............................................................................................................ 101

5.2.4 Acquisition de données................................................................................................................. 102

5.2.5 Commande en boucle fermée....................................................................................................... 103

5.3 Contrôle du procédé au démarrage et en phase de fonctionnement normal..................................... 104

5.3.1 Fonctionnement normal................................................................................................................ 104

5.3.2 Procédé de démarrage................................................................................................................... 106

5.4 Gestion des perturbations.......................................................................................................................... 109

5.4.1 Causes des perturbations du procédé......................................................................................... 109

5.4.2 Gestion des perturbations du procédé........................................................................................ 111

5.4.3 Gestion des problèmes et des défaillances techniques............................................................. 113

5.5 Fiabilité opérationnelle............................................................................................................................... 113

5.5.1 Sécurité au travail et sécurité de la centrale............................................................................... 113

5.5.2 Protection de l'environnement..................................................................................................... 116

5.6 Remarques sur l"optimisation des centrales............................................................................................ 117

5.6.1 Optimisation technique................................................................................................................. 118

5.6.2 Analyse de l"efficacité de la centrale (utilisation du substrat

en fonction des flux d'énergie)..................................................................................................... 119

5.6.3 Optimisation économique ............................................................................................................ 119

5.6.4 Minimisation de l"impact environnemental............................................................................... 120

5.7 Références bibliographiques...................................................................................................................... 120

6 Traitement du gaz et utilisations possibles............................................. 122

M. WEITHÄUSER, F. SCHOLWIN, ER. FISCHER, J. GROPE, T. WEIDELE, H. GATTERMANN

6.1 Purification et traitement du gaz.............................................................................................................. 122

6.1.1 Désulfuration.................................................................................................................................. 122

6.1.2 Séchage............................................................................................................................................ 125

6.1.3 Extraction du dioxyde de carbone............................................................................................... 128

6.1.4 Extraction de l"oxygène................................................................................................................. 131

6.1.5 Extraction des autres gaz présents à l"état de traces................................................................. 131

6.1.6 Obtention d"un gaz comparable au gaz naturel........................................................................ 131

6.2 Utilisation pour la production combinée de chaleur et d"électricité ................................................... 132

6.2.1 Petites unités de cogénération intégrées, avec moteurs à combustion interne..................... 132

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