Systèmes de méthanisation par voie sèche et par voie humide pour le traitement des déchets organiques

La digestion anaérobie est le processus par lequel une série de processus biologiques et enzymatiques produisent du biogaz à partir de matières organiques animales ou végétales, en l’absence d’oxygène. Le biogaz est principalement constitué de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2).

Le processus de fermentation se déroule schématiquement en deux étapes (HoSt) :

• La transformation des matières organiques durant la phase d’hydrolyse en CO2, hydrogène et acides gras.
• La phase méthanogène, durant laquelle les acides gras se décomposent pour devenir du méthane.

Un processus de fermentation stable répond aux exigences suivantes :

• Un apport et une évacuation constants de matières organiques
• Un bon brassage
• Des conditions annexes adéquates telles que la température, le pH, l’équilibre N, etc.

Il existe deux technologies pour méthaniser les déchets dans un digesteur et ainsi valoriser le biogaz : la méthanisation par voie sèche dite « discontinue » et la méthanisation par voie humide dite « infiniment mélangée ». La fermentation des restes organiques a lieu par voie sèche ou par voie humide en fonction de la teneur en matières sèches des restes organiques.

Avantages et inconvénients de la méthanisation par voie sèche par rapport à la méthanisation par voie liquide

La méthanisation par voie sèche est aussi appelée méthanisation discontinue, car la production est séquencée dans le temps avec des phases de chargement et de déchargement. Plusieurs digesteurs vont fonctionner en parallèle et permettre une production de biogaz relativement constante dans le temps.

La méthanisation par voie sèche est une solution alternative à la voie liquide pour valoriser au mieux les fumiers d’une exploitation. En effet, une installation de méthanisation par voie humide est assez limitée pour le traitement de substrat à base de matière sèche. Quant au système par voie sèche, il permet d’utiliser des substrats avec une teneur importante en résidus végétaux, ordures ménagères et fumier d’élevage.

Voici quelques caractéristiques et avantages de la méthanisation par voie sèche :

• 20 à 40% de matière sèche traitée dans les digesteurs contrairement à un maximum de 20% par voie humide
• Besoins en chaleur moins importants (20 à 30% de la chaleur produite réutilisée pour la méthanisation par voie humide)
• Besoins en électricité faibles
• Gestion de plusieurs digesteurs à la fois
• Absence d’équipement de pompage ou de brassage
• Production d’un digestat solide épandable s’apparentant à un fumier
• Faible apport d’eau
• Procédé technique simple
• Flexibilité et autonomie forte sur les approvisionnements
• Utilisation de divers substrats par unité de digesteur
• Gestion du risque par digesteur
• Digestat épandable avec un épandeur
• Installation évolutive
• Traçabilité facile à assurer

Inconvénients :

• Saisonnalité de l’approvisionnement en CIVE, tontes et fumier
• Risque important à l’ouverture des digesteurs
• Gestion nécessaire de la variation de production de biogaz et de chaleur
• Surface au sol importante
• Temps de séjours de 30 à 60 jours
• Temps de manutention important
• Par rapport à la méthanisation en voie liquide, la mise en place et la reprise de chaque unité est plus consommatrice en fuel et en matériel de chargement.

Critères de réussite des projets en voie sèche

• Un gisement de substrats suffisant (au minimum 2 000 tonnes de fumier).
• De la place disponible pour la construction de l’installation (au minimum 600 m² juste pour les digesteurs).
• Une valorisation de chaleur à proximité.

Avantages et inconvénients de la méthanisation par voie humide

Il existe de bonnes raisons de traiter la biomasse sèche dans un digesteur par voie humide. Le principal avantage de la méthanisation par voie humide est qu’elle permet un brassage optimal et ainsi une production élevée de gaz. Les coûts d’investissement et d’exploitation sont moins élevés que ceux exigés par un système de méthanisation par voie sèche. Le traitement des matières sèches dans un digesteur par voie humide présente le risque d’une séparation entre les particules inertes, qui coulent, et les plus légères, qui restent en surface.

Avantages de la méthanisation par voie humide par rapport à la méthanisation par voie sèche:

• Plus grande flexibilité dans les matières à traiter
• Faibles coûts d’investissement et d’exploitation
• Tampon de gaz intégré
• Désulfuration biologique intégrée

L’utilisation de la voie liquide est envisageable mais peut engendrer différentes contraintes:

• Ajout de liquide pour diminuer la matière sèche du mélange
• Nécessité de matériels d’introduction et de mélange robustes et coûteux
• Besoins énergétiques importants de l’installation pour faire tourner les pompes et agitateurs
• Le digestat a une teneur en matières sèches plus faible
• Production d’un digestat liquide qui peut modifier les pratiques d’épandage et entraîner des investissements supplémentaires (tonne à lisier, pendillard)

« Il est conseillé d’utiliser un système par voie sèche lorsque la biomasse introduite contient plus de 10 % de sable ou une quantité importante de matières non dégradables telles que les matières synthétiques. C’est le cas pour les déchets verts (>20 % de sable) et certains déchets domestiques. » (HoSt)

Tableau de comparaison des technologies en méthanisation (Groupement Agricole d’Exploitation en Commun)

Coûts

Le coût des installations en voie sèche est un peu plus dispendieux que les installations en voie liquide. Pour les petites installations, il est d’environ 500 000 à 1 million d’euros. La plus grosse partie de l’investissement concerne le génie civil et le béton à réaliser. L’investissement varie fortement en fonction des matériaux choisis.

Clients de BiogasWorld proposant des systèmes de digestion anaérobie par voie sèche et par voie humide

NASKEO ENVIRONNEMENT – Digestion sèche et humide

Spécialiste français de la valorisation énergétique des gisements organiques par méthanisation, Naskeo Environnement propose des solutions rentables et durables garantissant une source de revenu complémentaire et la production d’énergies renouvelables (électricité, biométhane et chaleur).

Depuis 2005, Naskeo Environnement accompagne ses clients depuis la phase exploratoire jusqu’au suivi technique et biologique des unités en fonctionnement.

Aujourd’hui, forte de 12 ans d’expérience dans la construction de méthanisation agricole, Naskeo compte une quarantaine d’unités de méthanisation construites aussi bien en voie sèche discontinue qu’en voie liquide. La technologie de Naskeo par voie liquide est particulièrement adaptée aux unités de méthanisation d’une puissance électrique à partir de 80 kWél.

En savoir plus sur Naskeo et ses technologies

ELIOPIG – Digestion humide

Eliopig est une entreprise fondée en 1980 par des ingénieurs ayant une vaste expérience dans la conception, la production et la construction d’usines de biogaz / biométhane, d’usines de réduction d’azote et d’équipements d’élevage pour les élevages de porcs et de bovins.

La gamme d’installations biogaz / biométhane varie selon les exigences du client; la puissance électrique installée part de 100 Kwe et peut atteindre 1000 Kwe et plus.

Avantages : la section de prétraitement des déchets, où les déchets sont nettoyés des impuretés et écrasés pour être digérés; Eliopig transforme le digestat grâce à la réalisation d’un système de compostage.

En savoir plus sur Eliopig et ses technologies

BIOFERM – Digestion sèche et humide

BIOFerm est basée à Madison, Wisconsin, et possède une expertise dans l’industrie du biogaz allant de la conception, l’ingénierie, la construction, l’exploitation et la gestion de projets clé en main.

Offert par BIOFerm, le système COCCUS® (digestion humide) est un digesteur anaérobie de type « CSTR » et opéré à température mésophile. Il est conçu pour les substrats à faible teneur en matières sèches (entre 8 – 12 %MS).

EUCOlino Système de digestion sèche pour de plus faible volume d’intrants (1000 à 6500 tonnes par an) de toutes provenances avec plus de 25% TS.

En savoir plus sur BioFerm et ses technologies

BIOGEST – Digestion humide

Biogest est un fabricant européen d’unités de méthanisation comptant des filiales au Royaume-Uni, en Italie, en Roumanie, en Serbie, en République tchèque et aux États-Unis. Leurs activités d’ingénierie du biogaz s’étendent du développement de projet à la planification, au financement, à la construction clé en main et à l’exploitation de centrales de biogaz avec une puissance de 100 kW à 3 500 kW.

Le système PowerCompact est une unité de méthanisation économique à une étape d’une puissance électrique comprise entre 100 et 250 kW. Spécialement conçu pour les exploitations d’élevage de vaches laitières, il peut entièrement fonctionner au lisier bovin. Sa conception repose sur une cuve en béton armé surmontée d’un gazomètre à double membrane.

Le système BIOGEST PowerRing est une unité de méthanisation à deux étapes très performante et adaptée à la quasi-totalité des substrats. Sa puissance électrique est comprise entre 250 et 2 000 kW et sa production de biométhane entre 80 et 500 m³/h. Sa conception repose sur un digesteur principal et un post-digesteur intégré au centre du digesteur. Le digesteur principal est en fait un canal annulaire autorisant un écoulement piston contrôlé. En raison des facteurs d’influence déterminants (agitateurs, système d’alimentation et conception), le système BIOGEST PowerRing consomme très peu d’électricité pour fonctionner.

En savoir plus sur BIOGEST et ses technologies

HOST – Digestion humide

HoSt est l’un des principaux fournisseurs européens d’installations de digestion anaérobie pour les exploitations agricoles et pour le traitement industriel des déchets.

Leurs unités de méthanisation industrielles traitent des intrants de déchets organiques sans ajout d’effluents d’élevage. HoSt a construit plusieurs unités destinées au traitement des déchets d’abattoir, de boues, de produits alimentaires déconditionnés ainsi que des restes alimentaires. Pour le traitement de sous-produits animaux de catégorie 2, HoSt fournit différents systèmes d’hydrolyse thermique sous pression (autoclave) qui optimisent considérablement la transformation de la biomasse.

Les unités HoSt peuvent traiter une multitude d’intrants difficiles grâce à la combinaison d’un système d’incorporation flexible et robuste permettant d’incorporer une large gamme d’intrants en combinaison avec un mélangeur spécial et développé par HoSt. Les unités de méthanisation agricoles HoSt sont équipées de cuves en béton, isolées avec un toit double membrane.

L’incorporation directe des intrants solides au digesteur couplée à un brassage intensif adapté permet de digérer un taux plus élevé de matière sèche. Ceci permet une digestion sans dilution d’eau, un temps de rétention plus court, des digesteurs de plus petite taille et une consommation électrique et thermique réduite.

En savoir plus sur HoSt

Pour découvrir plus d’entreprises et de technologies dans la digestion anaérobie sèche et humide, visitez notre section Produits.

Ajouter gratuitement votre compagnie à notre catalogue !

BiogasWorld est en pleine croissance ! Dès janvier 2018, nous offrons à nos clients un catalogue avec une liste d’entreprises dans l’industrie du biogaz. Saisissez l’occasion en ajoutant gratuitement votre entreprise et recevez des messages de vos clients potentiels via notre plateforme.

Sources

• BIO Thorey : Comparaison méthanisation agricole : voie sèche, voie humide
• ADEME : La méthanisation agricole en voie sèche discontinue 
• HoSt : Que font les flux de biomasse sèche dans un digesteur par voie humide ?