El Biogás es el gas producido por la fermentación de materiales orgánicos en ausencia de oxígeno . Es un gas combustible compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono . Puede quemarse en su sitio de producción para obtener calor y electricidad o purificarse para obtener biometano utilizado como gas natural para vehículos o para inyección en la red de distribución de gas natural .
El biogás se produce de forma espontánea en el pantano ( gas de pantano ), arrozales, grandes tanques o represas hidroeléctricas tropicales, vertederos que contienen desechos o materiales orgánicos (animales, vegetales, fúngicos o bacterianos). Puede provocar de forma artificial en digestores (en particular para el tratamiento de lodos de aguas residuales y residuos orgánicos industriales o agrícolas ).
El biogás está compuesto principalmente de metano (50 a 70%), pero también de dióxido de carbono (CO 2) y cantidades variables de vapor de agua y sulfuro de hidrógeno (H 2 S), o incluso otros compuestos ("contaminantes"), en particular en biogás de vertedero. Entre las impurezas se encuentran:
Su contenido en estos diferentes elementos, y por tanto su valor energético, depende de la duración y calidad del proceso de fermentación, del tipo de instalación y de gran parte de la naturaleza del material fermentable utilizado (y en particular de sus proporciones de carbono, hidrógeno, oxígeno). y nitrógeno o contaminantes no deseados). Por ejemplo, un material fermentable rico en carbono e hidrógeno produce un biogás que contiene hasta un 90% de metano, mientras que una celulosa más pobre producirá un biogás con solo un 55% de metano (y un 45% de dióxido de carbono).
Resultados de biogás a partir de la anaeróbica digestión o anaerobio la digestión de los residuos fermentables. Las fuentes más comunes de biogás provienen de descargas de materia orgánica:
La naturaleza de los insumos (materia orgánica digerida) tiene un impacto significativo en la calidad del producto final. Esta calidad se puede evaluar a través del potencial metanogénico de las materias primas.
Para producir biogás artificialmente, a menudo es necesario modificar las materias primas (pretratamiento), por ejemplo mediante molienda . Se deben controlar sus condiciones de almacenamiento para limitar la pérdida de materia orgánica. La fermentación en el digestor puede tener lugar en tres rangos de temperatura diferentes:
Los digestores mesófilos (aproximadamente 38 ° C ) se utilizan con mayor frecuencia en zonas templadas. Después de la fermentación, el residuo sólido se puede almacenar en un post-digestor donde se recupera nuevamente el gas combustible.
La fermentación de los insumos también produce un residuo más o menos viscoso, llamado digestato . Rico en nitrógeno , potasio y otros nutrientes esenciales, parcialmente higienizado debido a la fermentación a alta temperatura, se puede aplicar a suelos agrícolas como fertilizante . Está libre de muchos patógenos y de todas las semillas de "maleza" que pueda contener.
También se puede compostar durante unos meses y luego se convierte en metacompost .
El biogás es un gas renovable que se puede transformar en diferentes portadores de energía : calor , electricidad o biometano . El calor solo se obtiene quemando el gas en calderas de gas que deben adaptarse a la menor proporción de metano en el biogás que en el gas natural , y cuya eficiencia alcanza como máximo el 90%.
El biogás también podría transformarse en combustible líquido mediante el proceso Fischer-Tropsch o en grafito e hidrógeno , una tecnología que se está estudiando en Australia.
La combustión en un motor de gas o una pequeña turbina permite producir electricidad inyectada en la red , y a menudo calor en cogeneración , pero también es posible la trigeneración (producción de frío).
La eficiencia operativa de una cogeneración de calor y electricidad es, en el mejor de los casos, del 75 al 85%, o del 15 al 25% de las pérdidas. El uso de calor suele ser estacional y requiere una cierta proximidad a los usuarios y la creación de una red de distribución. También es posible proporcionar frío mediante procesos de absorción de calor.
En el mundo agrícola, el calor se puede utilizar para invernaderos (con enriquecimiento de CO 2).
El biogás se puede purificar para eliminar el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno : se obtiene así biometano que se puede inyectar en la red de distribución de gas natural . El proceso es más reciente que la producción de electricidad y alcanza una eficiencia operativa del 90%.
El consumo de gas también es estacional pero en general la inyección es posible en las redes todo el año, salvo en determinados casos, unos días o semanas en verano, cuando el consumo es menor y por tanto la red está saturada. Mediante inyección, la producción de biometano en verano encuentra una salida que no siempre encuentra el calor de cogeneración.
El biogás se compone principalmente de metano (CH 4 ), cuyo efecto invernadero es muy importante. Su combustión produce dióxido de carbono , que también es un gas de efecto invernadero , pero cuyo impacto es menor. De hecho, un kilogramo de metano (CH 4 ) tiene un potencial de calentamiento global (GWP) durante 100 años, 23 veces mayor que un kilogramo de dióxido de carbono .
El uso de biogás no aumenta el efecto invernadero si el carbono producido ( metano y dióxido de carbono ) ha sido absorbido previamente por las plantas de donde proviene este biogás, durante su crecimiento y si este uso se enmarca en un ciclo corto de carbono y si lo hace. no contribuir a la sobreexplotación de la biomasa (ya que devuelve el carbono que fue extraído recientemente de la atmósfera , a diferencia del gas natural ).
ReseñasReporterre subraya los muchos riesgos que representan, a su juicio, los grandes metanizadores, siendo su preferencia por los pequeños metanizadores en la escala de una o dos granjas. Las organizaciones profesionales de energías renovables de Europa enviaron a la Comisión Europea en junio de 2018 un manifiesto "Lo pequeño es bello" recomendando reconocer las ventajas de las pequeñas instalaciones manteniendo su prioridad de inyección en la red y eximiéndolas de obligaciones de equilibrio.
Según The Shift Project , la producción de 70 TWh de biogás requiere entre 8.700 y 14.000 unidades de digestión anaeróbica, lo que ya plantea un problema de aceptabilidad social, en particular con respecto al retorno al suelo de los digestatos, la presencia de patógenos, o fugas de metano. Sin embargo, la asociación negaWatt prevé una producción de biogás del orden de 134,3 TWh / año hacia 2050. Según Jean-Marc Jancovici , no es posible sustituir el gas natural por biogás, porque “el depósito no es en absoluto suficiente. Por supuesto que produciremos biogás, pero no lo suficiente para mantener el consumo actual, ni siquiera la mitad, y quizás ni una cuarta parte ” . La asociación medioambiental Alsace Nature se opone al riesgo de contaminación de la capa freática del Rin y la alta huella de carbono de una noria de camiones de una unidad de metanización prevista en Munchhouse .
La transición energética podría conducir a la industrialización del campo a una velocidad sin precedentes. Así, según Reporterre , “¡ya no tenemos derecho a convertir pastizales [considerados] como trampas de carbono, [pero] nunca hemos convertido tantos como desde el inicio de la transición energética! »Para alimentar los digestores destinados a producir biogás.
Se dice que el consumo mundial de biogás (a menudo en forma de biometano ) aumentó en promedio un 3,5% anual entre 1965 y 2000, mientras que la demanda mundial de energía primaria aumentó en promedio "sólo" un 2,4% anual. Podría convertirse en un dominante de combustible no fósil XXI ° siglo, al igual que el aceite del siglo anterior y carbón a XIX XX siglo.
En el mundo, el uso de biogás a nivel doméstico está muy extendido, especialmente en Asia.
En Malí , se llevaron a cabo proyectos piloto en áreas aisladas para medir cómo el biogás podía producir energía para uso doméstico de manera sostenible. La experiencia ha demostrado que con la formación de artesanos locales que puedan hacerse cargo de la producción de los equipos necesarios (gasómetro, digestor) y la formación de las familias en el mantenimiento de los equipos, el biogás puede ser una alternativa viable al uso de combustibles de madera para cocinar comidas y mejorar las condiciones de vida a través de otros insumos energéticos (especialmente refrigeración). Se redujo la presión sobre los recursos madereros y el abono producido se utilizó para fertilizar el suelo. El apoyo financiero sigue siendo necesario para el establecimiento del sistema (equipamiento, instalación, formación).
Arti, una organización no gubernamental de la India, está desarrollando un digestor simple de 0,5 m 3 (elevado) para los trópicos que utiliza desechos de cocina (ricos en almidón y azúcares) para producir biogás. 1 kg de residuos produce 400 litros de biogás en 6 a 8 horas, lo que es suficiente para unos 15 a 20 minutos de cocción.
Un informe publicado a finales de 2015 por la EBA ( Asociación Europea de Biogás o Asociación Europea de Biogás ) revela que los sitios de producción de biogás han aumentado significativamente, representando 17.240 sitios (+ 18% en comparación con 2013). La EBA estima el número de hogares europeos que funcionan con biogás en 14,6 millones. Alemania es el líder europeo en el mercado del biogás.
En 2016, para la inyección de biometano en las redes, Alemania estaba muy por delante de los demás Estados miembros, con 165 unidades de inyección de biometano (10 TWh / a ) en 2016 , por delante de Gran Bretaña (50 emplazamientos y 2 TWh / a ), los Países Bajos (25 emplazamientos y 0,9 TWh / a), muy por delante de Francia. Dinamarca, Austria, Suecia y Suiza tienen entre 10 y 20 plantas de producción que suministran de 130 a 360 GWh / año. Francia tiene 19 sitios y produce solo 82 GWh / a. España no permite ni fomenta la inyección en la red. La planta de biogás más grande del mundo, con una capacidad de 3000 Nm 3 / h , producida a partir de residuos de la industria del papel y la pesca, se inauguró en Noruega en 2018 . En 2018, Italia supervisa la inyección de biometano en la red de gas natural, para uso orientado al transporte .
Un Atlas Internacional de Bioenergía (y en Francia un Atlas de Biogás ) actualiza el mapa de instalaciones industriales para la producción / recuperación de biogás (en forma de electricidad, calor o por inyección directa en redes de gas en países de habla francesa): en 2012, Se enumeraron 241 sitios de producción (publicación de 2013), en 2013 fueron 848 (publicación de 2014): 578 en Francia, 200 en Flandes y Valonia, 32 en Suiza, 25 en el Canadá francófono, 9 en Luxemburgo, 3 en Mauricio y 3 en Túnez. En 2014, la densidad de instalación fue más alta en Bélgica y Suiza. Francia acogió la feria comercial Biogaz Europe en marzo de 2015 en Nantes.
Con más de 8000 instalaciones en el país, el maíz se utiliza principalmente (y criticada, debido a que la rotación disminuye a favor del intensivos maizicultures que plantean problemas ecológicos de la erosión y degradación del suelo , la contaminación debida a los fosfatos o los pesticidas y de una severa pérdida de la diversidad biológica .
Un Triesdorf (Baviera) están plantas adecuadas para reemplazar el buscó maíz : desde herbáceo la púrpura colas y perfolié silphium se contemplan, entre las hierbas, pasto varilla y la grama del norte alargado derivado de Sarvache en plantas silvestres Hungary.These son 20% menos productivo que el maíz y solo se consideran como un complemento a la misma. Desde 2012 la ley alemana ha impuesto una cierta diversificación de cultivos para reducir el lugar del maíz.
En Francia, la recuperación de biogás de vertedero es obligatoria desde el decreto de9 de septiembre de 1997. En 2012, el gas de vertedero suministró más del 70% de la producción de energía primaria a partir de biogás en Francia en el país, pero se están estableciendo nuevas fuentes de biogás.
En 2014, la ministra Ségolène Royal lanzó el proyecto 200 “territorios de energía positiva” y una convocatoria de proyectos para 1.500 proyectos de metanizadores en 3 años en zonas rurales.
En 2015, las capacidades instaladas crecieron a un "ritmo estable" según Ademe: " En 2015 se instalaron 70 nuevas unidades de digestión anaeróbica, para una capacidad de 20 MWe16" pero las incertidumbres sobre los precios de compra de la electricidad "impactan fuertemente en el equilibrio económico de las unidades ” . El 24 de marzo de 2014 se creó un comité nacional de biogás para ayudar a los actores del sector a dialogar; 4 grupos de trabajo se centran en:
La Ley de Transición Energética de 2015 establece un objetivo del 10% del consumo total de gas en 2030, considerado ambicioso por la Unión de Energías Renovables (SER) y los gestores de las redes francesas (GRDF, GRTgaz, SPEGNN y TIGF) que en 2016 solo contaban 19 puntos de inyección en servicio en Francia (pero están previstos 200 más, equivalentes a 3,86 TWh). La participación de este gas es del 0,02% en 2016, debe multiplicarse por 500. De 0,082 TWh en 2016, el sector espera producir 1,7 TWh en 2018 y luego 8 TWh en 2023.
A principios de 2018, Francia solo tenía 48 sitios de producción de biometano a partir de residuos agrícolas, lo que representa la mayor parte de la producción de gas verde. El año pasado se inyectaron menos de 800 GWh en la red GRDF, en comparación con más de 10 TWh (13 veces más) en Alemania. Sin embargo, hay muchos proyectos nuevos: GRDF ha identificado más de 860, suficientes para llevar la producción francesa a 8 TWh .
El proyecto del programa energético plurianual (EPI) 2019-2028 publicado el 25 de enero de 2019 prevé que el biogás solo representará el 7% del consumo total de gas en 2030, con un precio de compra medio objetivo de 67 € / MWh (euros por megavatio hora ) en 2023, es decir, alrededor de un 30% menos que hoy, y en 60 € / MWh en 2028.
En 2013, alrededor de 50 granjas en Suiza produjeron biogás.
También se produce biogás con lodos de depuradora en la planta de tratamiento de aguas residuales de Aïre (Ginebra) desde 2013.