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Solutions innovantes pour la valorisation du biogaz

Développement d'un procédé permettant d’utilisation du nitrate des eaux usées comme donneur d'oxygène pour un procédé de désulfuration du biogaz par oxydation biologique

Le biogaz, un gaz combustible à forte densité énergétique, est le produit final de la décomposition anaérobie de la matière organique. Le principal composant du biogaz est le méthane (CH4), qui peut être utilisé dans les moteurs à combustion pour produire de l'énergie. Outre le méthane, le biogaz contient également de grandes quantités de dioxyde de carbone (CO2) et d'autres gaz associés. Le sulfure d'hydrogène (H2S), qui est particulièrement problématique, se forme principalement lors de la conversion du substrat contenant des protéines. Dans ce cas, des concentrations de H2S de 200 à 5 000 ppm (0,02 à 0,5 % en volume) peuvent fréquemment apparaître dans le biogaz produit.

La combustion du H2S produit du dioxyde de soufre (SO2). Le SO2 agit comme un gaz à effet de serre dans l'atmosphère. En même temps, il endommage les moteurs à gaz par la corrosion et l'acidification des lubrifiants. De nombreux dispositifs d'épuration catalytique des gaz d'échappement sont limités dans leur fonction par les oxydes de soufre (SOX). En outre, le H2S a un effet hautement toxique sur de nombreux organismes, même à très faible dose.

Les aspects actuels, tels que le renforcement constant des exigences légales en matière d'émissions et le besoin d'optimisation énergétique, nécessitent le développement innovant de l'épuration des biogaz, en particulier l'élimination du sulfure d'hydrogène. L'utilisation d'un processus d'épuration biologique-oxydatif représente une approche durable et globale de la désulfuration du biogaz afin de garantir le rendement prévu pour les moteurs à biogaz et un fonctionnement à faible entretien sans réduire les durées d'utilisation.

Description du processus

Dans le cadre du programme de financement ZIM du ministère fédéral allemand des affaires économiques et de l'énergie (BMWi), le procédé innovant de désulfuration Nitro-SX a été conçu et une usine d'essai a été planifiée et construite pour réduire microbiologiquement la teneur en H2S du biogaz. À cette fin, l'installation est exploitée avec du digestat et du biogaz provenant d'une installation de biogaz agricole afin d'étudier des conditions d'exploitation réalistes et pratiques. On utilise des micro-organismes naturels ainsi que des nutriments provenant du digestat, qui transforment les composés sulfurés réduits pour produire de l'énergie (bactéries chimiolithotrophes). Lors de la désulfuration biologique, ces souches sont utilisées pour dégrader le H2S présent dans le biogaz avec le nitrate (NO3-). La conversion se fait par étapes, du soufre élémentaire au sulfate. L'énergie obtenue est nécessaire au métabolisme et à la croissance.

L'installation expérimentale consiste en une colonne d'absorption de biogaz à contre-courant avec un bioréacteur à lit mobile (MBBR) connecté pour valider les conditions cadres pour l'ingénierie du processus. L'installation expérimentale, y compris la technologie de mesure et de contrôle (MSR), a été fabriquée sous forme de conteneur compact en coopération avec les sociétés EvU Innovative Umwelttechnik et aquatec-Reuter.

Perspectives

Dans le cadre du projet de suivi, actuellement en cours jusqu'en juillet 2022 et qui est financé par le BMWi via la ligne directrice de financement Inno-Kom, le processus devrait être développé davantage. L'objectif de ce projet de suivi est de générer une compréhension plus profonde des phénomènes microbiologiques par le biais de tests à long terme, ainsi que d'amener le procédé Nitro-SX à un niveau de maturité du marché qui permette aux opérateurs une option économique et écologique pour la construction et l'exploitation. Dans cette optique, il s'agit de répondre aux questions énergétiques et d'ingénierie des procédés. En particulier, les aspects suivants seront élaborés:

  • Développement d'un concept d'usine à grande échelle comprenant les calculs chimiques, la conception du réacteur et le dimensionnement des composants associés.
  • Développement d'un concept détaillé pour le contrôle et l'automatisation de l'usine à grande échelle.
  • Évaluation monétaire des aspects opérationnels et d'ingénierie des procédés et mise à l'échelle du concept de processus.

Personnes de contact

Dipl.-Ing. Alejandra Lenis
+49 241 80 2 68 42 / E-Mail

Dr.-Ing. Kristoffer Ooms
+49 241 80 2 68 22 / E-Mail

Jochen Schunicht
+49 241 80 2 79 71 / E-Mail