PRODUCTION ET VALORISATION DU BIOGAZ : CODIGESTION ET COGENERATION

NOTIONS FONDAMENTALES DE LA MÉTHANISATION

La découverte de la méthanisation remonte à 1776 de ses promenades observa que du gaz se libérait d’un marais.phénomène il mit en évidence que ce gaz étant inflammable nom de “gas hydrogenium carbonarium confirmé en 1892 par un congrès international la présence de ce gaz est mis en évidence dans est attribuée à l’activité microbienne de valoriser des matières organiques en produisant une énergie renouvelable et un digestat utilisé comme fertilisant.En l’absence d’oxygène (digestion anaérobie)partiellement par l’action combinée de plusieurs types de micro réactions biologiques (Figure Majoritairement de méthane) et d’un digestat.en chaleur, le digestat sera épandu comme engrais de ferme.Pour maximiser le rendement de ces réactions, la matière est placée à l’(appelée digesteur) qui est fermée, chauffée, brassée sans entrée d’air et à l’abri de la lumière.

PROCESSUS BIOCHIMIQUE

La méthanisation est un processus engageant des bactéries: les bactéries acidogènes, acétogènes et méthanogènes processus qui peut être divisé en acétogénèse et la méthanogénèse

HYDROLYSE

Pendant cette étape, les composés complexes de la matière première (hydrates de carbone,protéines et lipides par exemple) sont décomposés en composés organiques plus simples(acides aminés, sucres et acides gras). Les bactéries hydrolytiques intervenant à ce stade libèrent des enzymes qui décomposent la matière par des moyens biochimiques. [3]. Les Lipides sont convertis en acides gras, les polysaccharides en monosaccharides et les protéines en amino acides.

Lipides→ Acides gras (I-1)

Polysaccharides → Monosaccharides (I-2)

Protéines→ Amino acides (I-3)

 ACIDOGENÈSE

Les produits intermédiaires formés par l’hydrolyse sont ensuite décomposés pendant acidogénèse par les bactéries fermentatives (génératrices d’acides) pour former des acides gras inférieurs (acide acétique, propionique et butyrique) ainsi que du gaz carbonique CO2 et d’hydrogène H2 {équations (I-4) à (I.6)}. De plus, de petites quantités d’acide lactique et d’alcools sont également formées à ce stade. La nature des produits formés dépend de la concentration de l’hydrogène intermédiaire. [3]

C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 (I-4)

C6H12O6 →2CH3CH2OH + 2CO2 (I-5)

C6H12O6 + 2H2 → 2CH3CH2OH + 2H2O

ACÉTOGÉNÈSE.

Les bactéries acétogènes convertissent les produits de l’adipogenèse en précurseurs du biogaz (acide acétique, hydrogène et dioxyde de carbone). La pression partielle d’hydrogène est particulièrement importante à cet égard. Une teneur excessivement forte en hydrogène (H2) empêche la conversion des produits intermédiaires de l’adipogenèse pour des raisons liées à l’énergie de réaction. En conséquence des acides organiques tels que l’acide propionique, l’acide isovalérique et l’acide hexanoïque s’accumulent et empêchent la formation de méthane (CH4). C’est pour cette raison que les bactéries acétogènes(productrices d’hydrogène H2) doivent coexister dans une étroite communauté avec les bactéries méthanogènes qui consomment l’hydrogène (H2) et du CO2 pendant la formation du méthane garantissant ainsi un environnement acceptable pour les bactéries acétogènes. 

MÉTHANOGENÈSE.

C’est la phase finale de la production du biogaz. C’est avant tout l’acide acétique, mais aussi l’hydrogène et le dioxyde de carbone, qui est converti en méthane par des bactéries méthanogènes strictement anaérobies. Les méthanogènes hydrogénotrophes produisent du méthane à partir de l’hydrogène (H2) et du dioxyde de carbone (CO2) alors que les bactéries acétoclastes produisent du méthane par clivage de l’acide acétique. [3]Le phénomène de digestion des boues d’épuration nous a appris que 70 % du méthane provient du clivage de l’acide acétique et 30 % de l’utilisation de l’hydrogène. On peut illustrer par les équations (I-7) et (I-8):

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (I-7)

CH3COOH → CH4 + CO2 (I-8)

SUBSTRATS UTILISABLES

Le choix de la biomasse qui va être fermentée est important. Pour maximiser la production de méthane, il faut utiliser des produits riches en graisses, en hydrates de carbone et en protéines. Les produits ligneux (bois, branchage) ne sont pas utilisables car non dégradés par les bactéries.Elles sont particulièrement faciles à utiliser quand elles sont produites en quantités importantes et régulières. Le lisier est apte à la méthanisation compte tenu de son état liquide qui facilite sa manipulation et qui permet de diluer les autres substrats. Malgré un faible potentiel méthanogène, les lisiers sont indispensables car ils apportent des bactéries fraîches,ils ont un fort pouvoir tampon (stabilisation du pH), ce qui facilite les réactions bactériennes et assure une stabilité du milieu.Les fumiers sont également intéressants car ils ont un taux de matière sèche plus élevé et ils peuvent servir de support pour les bactéries à l’intérieur du digesteur; cependant, leur aspect solide les rend plus difficiles à manipuler et plus chers à utiliser.Le taux de MSV, qui est la substance qui sert à la fermentation est d’environ 82%, le pH du lisier est plutôt basique et est approprié à la fermentation. On peut estimer la production de biogaz entre 0.25 et 0,30 m 2 de MS à partir des déjections animales. La matière sèche (MS) est ce que l’on obtient lorsqu’on retire l’eau d’un produit. Le pourcentage de matière sèche est le ratio entre le poids de la matière sèche et la masse de la matière non sèche(hydratée). [4]. La Figure (I-3) donne l’état de la bouse de vache après quelques jours de déstockage.