Metanizacji jest biologicznym procesem degradacji materii organicznej. Nazywa się to również fermentacją beztlenową lub fermentacją beztlenową . Fermentacja beztlenowa to naturalny biologiczny proces degradacji materii organicznej przy braku tlenu ( beztlenowy ); Zanieczyszczenia organiczne są przekształcane przez mikroorganizmy beztlenowe w produkt gazowy (w tym metan) i osad resztkowy, poferment , które mają potencjał do ponownego wykorzystania.
Metanizacja zachodzi naturalnie w niektórych osadach , bagnach , polach ryżowych , wysypiskach śmieci , a także w przewodzie pokarmowym niektórych zwierząt, takich jak owady (termity) czy przeżuwacze. Część materii organicznej jest rozkładana na metan, a część jest wykorzystywana przez mikroorganizmy metanogenne do ich wzrostu i rozmnażania. Rozkład nie jest całkowity i pozostawia poferment (po części porównywalny z kompostem ).
Metanizacja jest również techniką wdrożoną w metanizatorach, gdzie proces jest przyspieszany i utrzymywany w celu wytworzenia gazu palnego ( biogaz , po oczyszczeniu zwany biometanem ). Odpady organiczne (lub produkty z upraw energetycznych, stałe lub płynne) mogą być zatem odzyskiwane w postaci energii.
W naturze fermentacja beztlenowa mikrobiologiczna odgrywa ważną rolę w obiegu węgla .
Metanizacja jest wynikiem działania pewnych grup oddziałujących ze sobą mikroorganizmów tworzących sieć troficzną . Klasycznie wyróżnia się cztery kolejne fazy:
W reaktorze złożona materia organiczna jest najpierw hydrolizowana do prostych cząsteczek przez mikroorganizmy. W ten sposób lipidy , polisacharydy , białka i kwasy nukleinowe stają się monosacharydami , aminokwasami , kwasami tłuszczowymi i zasadami azotowymi . Ten rozkład jest przeprowadzany przez enzymy zewnątrzkomórkowe.
Może stać się etapem ograniczającym, ponieważ jest „zbyt wolny” w przypadku związków trudno lub wolno hydrolizujących, takich jak lignina , celuloza , skrobia czy tłuszcze. W przypadku mieszaniny odpadów stałych hydroliza przebiega z różną szybkością w zależności od biodostępności składników biomasy, jednocześnie w mediach jednorodnych i bardziej płynnych.
kwasogenezaSubstraty te są wykorzystywane podczas etapu kwasogenezy przez tzw. kwasogenne gatunki drobnoustrojów, które wytwarzają alkohole i kwasy organiczne, a także wodór i dwutlenek węgla . Ten etap jest 30 do 40 razy szybszy niż hydroliza.
AcetogenezaEtap acetogenezy pozwala na przekształcenie różnych związków powstałych w poprzedniej fazie w bezpośrednie prekursory metanu: octan , dwutlenek węgla i wodór . Istnieją dwie grupy bakterii octowych :
Produkcję metanu zapewniają ścisłe mikroorganizmy beztlenowe należące do domeny Archaea . Ten ostatni etap skutkuje produkcją metanu . Przeprowadza się ją dwoma możliwymi drogami: jedną z wodoru i dwutlenku węgla przez tak zwane formy hydrogenotroficzne , a drugą z octanu przez formy acetotroficzne (zwane również acetoklastami). Ich tempo wzrostu jest niższe niż bakterii kwasogennych.
CO 2+ 4 godz. 2→ CO 4+ 2 H 2 O. CH 3 COOH→ CO 4+ CO 2.Metanizacja to złożony proces biologiczny, który wymaga ustalenia pewnych warunków fizykochemicznych, dla których optymalizowana jest reakcja biologiczna. W archeowce organizmy metanogenne są beztlenowe surowe. Rozwijają się zadowalająco, gdy potencjał redox w stosunku do normalnej elektrody wodorowej (Eh) w środku jest bardzo niski (-300 mV ).
Warunki temperaturoweTemperatura docelowa nazywana jest „temperaturą zadaną”. Możliwe są trzy reżimy termiczne:
W archeowce metanogenów ma potrzeby mikroelementu indywidualnie jak żelazo , z molibdenu , na niklu , z magnezem , w kobaltu , z miedzi , z wolframem i selenu . Ciśnienie cząstkowe wodoru musi pozostać poniżej 10 -4 bar w fazie gazowej. Neutralnym pH sprzyja powstawaniu biogazu w stosunku do kwasowego pH.
W celu zmniejszenia obecności siarkowodoru w wytwarzanym biogazie można stworzyć warunki mikrotlenowe na powierzchni medium reakcyjnego poprzez wstrzyknięcie niewielkiej ilości tlenu do gazowej części komory fermentacyjnej.
Metanizacja dotyczy głównie materii organicznej. W przypadku składników nieorganicznych może mieć wpływ na ich kształt.
Dzięki temu azot obecny w ściekach hodowlanych nie ulega przemianom, natomiast azot organiczny z krwi , zieleni i odchodów stołowych ulega mineralizacji, a azot mineralny owoców , słomy i tłuszczu ewoluuje w kierunku azotu organicznego.
Materiały (lub wkłady ) metanizowane to materiały organiczne pochodzenia zwierzęcego , roślinnego , bakteryjnego lub grzybowego . Charakteryzują się one szczególnie procentową zawartością materii organicznej (OM), suchej masy (DM) oraz potencjałem metanogennym znanym jako BMP ( skrót od Biochemical Methane Potential ). Pochodzą głównie z:
Produkcja surowców zmienia się w zależności od pory roku. Muszą być przechowywane, czasami przez kilka miesięcy, najlepiej z dala od powietrza i w chłodnym miejscu, aby zachować swoją moc metanogenną . Istnieje kilka metod przechowywania:
Produkty cysterny LNG nie mogą zawierać biocydów ani związków mogących hamować reakcje biologiczne zachodzące w fermentacji beztlenowej lub uszkadzać instalację.
Aby fermentat mógł być ponownie wykorzystany przez rozrzucanie, nie może zawierać nadmiernych ilości różnych zanieczyszczeń, które mogą znajdować się w produktach wprowadzanych do komory fermentacyjnej.
Aby szybciej metanizować niektóre materiały, konieczna jest faza obróbki wstępnej, taka jak mielenie, faza kompostowania, przygotowanie termochemiczne lub enzymatyczne.
Enzymatyczna obróbka wstępna miesza odpady z enzymami przez około dziesięć godzin. Rezultatem jest ciecz, w której materiały lignocelulozowe zostały częściowo zlizowane, a następnie metanizator będzie przetwarzał znacznie wydajniej i szybciej.
Pierwsze prototypy przemysłowe pracują w Dupont (Optimash® AD-100), w DSM (Methaplus) dla odpadów rolniczych oraz w dużej oczyszczalni odpadów Renescience firmy DONG / Novozymes dla bioodpadów (5 megawatów energii elektrycznej wyprodukowanej z 120 000 t /rok bioodpadów (odpowiednik produkcji około 110 000 angielskich rodzin) w Norwich .
Metanizacja, jako bioproces , może być zastosowana w komorze fermentacyjnej , w celu odzyskania odpadów obciążonych materią organiczną przy jednoczesnym wytwarzaniu energii w postaci metanu. Może przetwarzać zrzuty tak różnorodne, jak ścieki, osady z oczyszczalni ścieków, odchody zwierzęce, odpady przemysłu spożywczego, odpady kuchenne, odpady z gospodarstw domowych, odpady rolnicze itp.
Metanizacja z odzyskiem wytworzonego biogazu (produkcja energii cieplnej i/lub elektrycznej poprzez bezpośrednie spalanie metanu lub w silnikach cieplnych) ma swoje miejsce wśród różnych rozwiązań wytwarzania energii odnawialnej , umożliwiając realizację trzech uzupełniających się celów: w celu produkcji energii, zmniejszenia obciążenia odpadami i ścieków, a także, w zależności od charakteru produktu wyjściowego, wytworzenia stabilizowanego pofermentu .
Dziś główne aplikacji przemysłowych fermentacji beztlenowej do przetwarzania odpadów zidentyfikowane przez Ademe (rządowych Środowiska i Energii Zarządu Agencji) to: trawienie rolnicze (odchody zwierzęce), trawienie odpady stałe domowego i podobnego (bioodpady), trawienie miejskich ścieków osadów i fermentacji ścieków przemysłowych. Jeśli chodzi o tę ostatnią dziedzinę zastosowania, fermentacja beztlenowa jest zabiegiem bardzo konkurencyjnym w porównaniu z oczyszczaniem tlenowym. Stosowany jest głównie do oczyszczania ścieków z wysoko obciążonych przemysłów rolno- spożywczych oraz ścieków z fermentacji (75% wysokoobciążonych komór fermentacyjnych działających w 2006 roku).
W niektórych miastach we Francji, takich jak Lille, obserwuje się znaczny wzrost wykorzystania metanu, wytwarzanego w wyniku metanizacji osadów z oczyszczalni ścieków, do eksploatacji autobusów miejskich . Udoskonalenie i obniżenie kosztów technik membranowej separacji gazów powinno umożliwić rozważenie możliwości oczyszczania biogazu w miejscu produkcji.
Metanizacja umożliwia oczyszczanie płynnych ścieków, nawet gdy są one obciążone zawiesiną. Tak jest na przykład w przypadku ścieków zwierzęcych ( gnojowica ) oraz osadów z oczyszczalni ścieków (OŚ) (często osad mieszany, który łączy osad pierwotny i osad biologiczny). Metanizacja jest również szeroko stosowana do oczyszczania ścieków rolno-spożywczych. Te podstawowe surowce, które są ogólnie dostępne w regularnych odstępach czasu, można uzupełniać różnymi odpadami organicznymi, a w szczególności tłuszczami o dużej mocy metanogennej (pozyskiwanymi np. z rzeźni , czy z oczyszczalni ścieków). Stan ciekły mieszaniny umożliwia mieszanie w celu uzyskania dobrej jednorodności materiału i temperatury.
Metanizacja ścieków została oparta na opracowaniu intensywnych procesów, w których biomasa beztlenowa jest ustrukturyzowana, w bardzo gęstych kruszywach ziarnistych (procesy UASB, EGSB) lub w postaci biofilmów przylegających do dedykowanych podpór.
Metanizacji można poddać większość odpadów organicznych, w szczególności fermentującą część odpadów (która najlepiej jest posortować i zebrać w selektywnej zbiórce przed metanizacją). W zależności od ich pochodzenia rozróżnia się różne rodzaje odpadów:
Ogólnie mówimy o metanizacji w stanie stałym lub suchym, gdy wsad do fermentora zawiera od 15 do 20% suchej masy.
Rolnictwo wytwarza duże ilości odpadów stałych (np. 67 mln ton odchodów bydlęcych i 25 mln ton resztek pożniwnych (zwłaszcza słomy) w 2017 r.). Odzyskiwanie niektórych odpadów organicznych o wysokiej zawartości suchej masy jest trudne (np. do 90% w przypadku słomy), zwłaszcza jeśli są to związki lignocelulozowe, które w niewielkim stopniu lub powoli ulegają degradacji. We Francji w latach 2000-2010 specjalizowało się w tej trasie zaledwie kilkanaście gospodarstw. Drogami do poprawy wydajności suchej metanizacji jest recyrkulacja odcieku (pozostałości cieczy po reakcjach biologicznych i obciążonej bakteriami) w składowanych odpadach stałych oraz podczyszczanie przez bakterie rozkładające ligninę, co spowalnia degradację celulozy ze słomy i drewno. W odniesieniu do tego ostatniego procesu, w 2017 roku firma akceleracyjna transferu technologii (SATT) Ouest Valorisation złożyła patent na induktor stymulujący aktywność degradacji ligniny przez bakterie .
Istnieją eksperymenty lub próby łączenia metanizatorów, na przykład w celu współmetanizacji konwencjonalnych odpadów organicznych (z resztkowych odpadów domowych i bioodpadów ) oraz szlamu z oczyszczalni ścieków , zgodnie z przewidywaniami, w regionie paryskim, urządzeń sanitarnych (Siaap) i odpadów ( Syctom ) do 2018 r. (projekt 90 mln euro).
W wyniku fermentacji beztlenowej powstaje gaz palny , biogaz oraz nawóz zawierający płynny i stały poferment .
Pofermentacyjny jest stałe i ciekłe odpady powstające w procesie beztlenowej fermentacji odpadów.
Pod koniec procesu fermentacji beztlenowej jest na ogół odwadniany i umieszczany w tunelach dojrzewania (uszczelnionych i dobrze wentylowanych, aby zakończyć reakcję beztlenową i rozpocząć fazę kompostowania).
Poferment staje się wtedy przetworzonym i ustabilizowanym odpadem lub produktem ubocznym. Ma pewną wartość poprawiającą (ponieważ jest bardzo bogata w azot). Jest do pewnego stopnia porównywalny z kompostem, jeśli został do niego dodany węgiel (ponieważ fermentacja beztlenowa wyekstrahowała dużą część węgla z materiałów, które uległy fermentacji); może być stosowany do upraw spożywczych (lub upraw niespożywczych, w tym na terenach zielonych ) w zależności od przepisów, charakteru przetwarzanych produktów i analiz tego pofermentu.
W NF U 44-051 i NF 44-095 U normy dostarczenie ramy agronomicznej odzyskiwania pofermentacyjnych „miejskiej” ( odpady zielone i inne bio żywności odpadów z odpadów z gospodarstw domowych) i pofermentacyjnych osadów ściekowych, ze względu na obecność w tych osadów śladowych leków, metali ciężkich i innych szkodliwych pozostałości chemicznych. Azot w produktach pofermentacyjnych (azotan) jest rozpuszczalny i może być wypłukiwany i nie może być trwale zatrzymywany w glebie.
Prowadzone są badania nad wykorzystaniem składników odżywczych z produktów pofermentacyjnych do hodowli mikroalg, które same są wykorzystywane do produkcji surowców, w tym biopaliw lub algopaliw . Tak jest w przypadku projektu Algovalo, który umożliwił określenie warunków optymalnego rozwoju glonów. Wyniki są zachęcające, ponieważ 95% składników odżywczych można odzyskać z korzyścią dla glonów.
W biogazu wytwarzane mogą być spalane na miejscu w kogeneracji lub oczyszczać w biometanu .
Metanizacja osadów ściekowych zmniejsza ich objętość o jedną trzecią, co ogranicza transport i związane z tym koszty utylizacji lub rozrzucania. Reprezentowana przez to inwestycja wspierana jest taryfą zakupu wyprodukowanej energii, w szczególności w postaci biometanu od 2014 roku, podczas gdy niektóre oczyszczalnie ścieków preferują wykorzystanie energii na potrzeby cieplne procesu.
W 2009 roku fermentacja beztlenowa „ w gospodarstwie ” była znacznie mniej rozwinięta we Francji niż w Niemczech: działało tylko około dziesięciu małych instalacji. Od tego czasu intensywnie się rozwija, zarówno dzięki indywidualnym projektom rolniczym, jak i projektom zbiorowym lub regionalnym, które łączą kilku rolników i inne podmioty na danym terytorium. W latach 2015-2016 pojawia się ponad 50 nowych witryn rocznie. We Francji oprogramowanie o nazwie Méthasim umożliwia przeprowadzanie techniczno-ekonomicznych symulacji projektów fermentacji beztlenowej w gospodarstwie.
Plan walki z proliferacją zielonych alg obejmuje fermentację beztlenową jako środek oczyszczania, ale produkcja metanu nie eliminuje azotu znajdującego się w pofermencie (ciekłych pozostałościach z metanizacji).
Zalety metanizacji rolniczejW 2008 r. fermentacja beztlenowa stała się działalnością rolniczą i od 2011 r. korzysta z dekretu zwiększającego taryfy gwarantowane.
Ważne jest składowanie odpadów rolniczych:
Proces microméthanisation nie jest innowacyjna sama w sobie, ponieważ od początku XX th microméthaniseurs wiecznych kilka metrów sześciennych do użytku domowego są budowane w Chinach. W 2007 roku w Chinach i Indiach było ponad 30 milionów instalacji tych systemów. Rozwiązania technologiczne dla fermentacji beztlenowej dostosowane do kontekstu zachodniego zostały również opracowane w Europie, Stanach Zjednoczonych i Izraelu. Tak jest w przypadku procesu Homebiogas, którego biogaz jest wykorzystywany do celów domowych lub kontenera Flexibuster, który zarówno przetwarza odpady, jak i przetwarza biogaz, wytwarzając energię elektryczną.
W ramach europejskiego projektu H2020 DECISIVE, pilotowanego przez Irstea, około dziesięciu instytutów badawczych i przemysłowców pracuje nad utworzeniem sektora mikrometanizacji na obszarach miejskich, w skali dzielnicy od 800 do 1000 gospodarstw domowych (lub mniejszej dzielnicy składającej się z jednego lub więcej zakładów zbiorowego żywienia), tj. maksymalnie 200 ton bioodpadów rocznie. Jest to całkowicie innowacyjna metoda gospodarowania bioodpadami miejskimi, oparta na lokalnej wycenie, będąca częścią procesu gospodarki o obiegu zamkniętym. Rezultat: zmniejszenie produkcji odpadów, oszczędność energii i transportu oraz produkcja biopestycydu z pofermentu. W perspektywie średnioterminowej narzędzie wspomagania decyzji pozwoli władzom lokalnym, które chcą przejść na nowe systemy gospodarki odpadami, dobrać wielkość obiektów zgodnie z ich potrzebami, ale także ocenić wpływ zmiany systemu na koniec dnia. sąsiedztwo. W 2019 r. w Lyonie i Barcelonie powstaną dwie placówki pilotażowe na pełną skalę.
W różnych krajach (w tym we Francji) wtłaczanie biometanu do publicznych sieci gazu ziemnego jest dozwolone i korzysta z ceny zakupu oraz „gwarancji pochodzenia”, aby zapewnić jego identyfikowalność.
W 2011 r. zgodnie z ustawami Grenelle de l'Environnement i Grenelle (23% energii odnawialnej w miksie energetycznym Francji w 2020 r., tj. zainstalowana moc elektryczna 625 MW w 2020 r. i produkcja ciepła 555 kiloton oleju ekwiwalentnego rocznie dla biogaz), cena zakupu energii elektrycznej wytwarzanej w procesie fermentacji beztlenowej została podniesiona (średnio + 20%) dla „małych i średnich instalacji rolniczych” (równowartość, według rządu, wsparcia w wysokości 300 mln euro rocznie ) pomocy ze strony Ademe , władz lokalnych i Ministerstwa Rolnictwa. Pod pewnymi warunkami fermentacja beztlenowa jest obecnie uznawana przez ustawę o modernizacji rolnictwa i rybołówstwa (LMAP) za „działalność rolniczą” .
We Francji Ademe i Rady Regionalne od kilku lat pomagają w fermentacji beztlenowej poprzez dotacje i wsparcie projektów itp. Tym samym region Midi-Pyrénées zobowiązał się w połowie 2013 r. wesprzeć (za 8 mln euro) utworzenie 100 jednostek fermentacji beztlenowej do 2020 r. (poprzez umowę podpisaną wspólnie z ministrami ekologii i rolnictwa, w ramach krajowej EMAA). plan (uruchomiony wMarzec 2013) ukierunkowany na 1000 nowych instalacji przed 2020 r.
Zgodnie z francuskim prawodawstwem zakłady metanizacji odpadów innych niż niebezpieczne lub surowców roślinnych (z wyłączeniem zakładów metanizacji ścieków lub komunalnych osadów ściekowych, gdy są one metanizowane w miejscu ich produkcji) są instalacjami zaklasyfikowanymi do ochrony środowiska (ICPE). W rzeczy samej, tego rodzaju instalacji jest związana z pozycją n ° 2781 nomenklatury sklasyfikowanych instalacji, która jest podzielona na dwie podkategorie:
Te zezwolenia lub rejestracji wydawane są w formie dekretów prefektury w celu wymagania operatorom do spełnienia pewną liczbę wymogów technicznych, dzięki czemu możliwe jest ograniczenie ich oddziaływania na środowisko , w szczególności wymagania techniczne wynikające z dekretu ministerialnego z dnia10 listopada 2009 lub wynikające z dekretu ministerialnego z dnia 12 sierpnia 2010.
W celu ograniczenia swojego wpływu na środowisko , operatorzy obiektów podlegających zgłoszeniu muszą spełniać wymagania techniczne innego rozporządzenia ministerialnego również z dn.10 listopada 2009.
Rozpatrywanie wniosków o autoryzację lub rejestrację oraz kontrolę spełniania wymagań technicznych przez prowadzących przeprowadza inspekcje instalacji niejawnych .
W Europie pod koniec 2002 r. pracowało 78 przemysłowych instalacji metanizacji odpadów z gospodarstw domowych i podobnych, o wydajności przetwarzania 2,3 mln ton odpadów rocznie. Nowe moce zainstalowane w 2002 roku wyniosły 813 000 ton rocznie.
Po pozostaniu w tyle za innymi krajami w Europie Północnej czy we Włoszech, sektor ten jest w pełni rozwijany we Francji. W 2017 roku powstało 80 dodatkowych instalacji, co łącznie podniosło łączną liczbę instalacji do 514, w tym 330 w gospodarstwie. Jak podaje France-Biometan Think Tank , na koniec 2017 roku 44 z tych miejsc odzyskało go w postaci biometanu wtłaczanego do sieci gazu ziemnego i „na koniec 2018 roku spodziewanych jest kilkaset jednostek” .
Ustawodawca liczy na fermentację beztlenową (m.in. tzw. zielone źródła czy bioenergię) w celu wypełnienia francuskich i międzynarodowych zobowiązań dotyczących klimatu i energii, dekarbonizacji produkcji energii elektrycznej i stabilizacji dochodów rolniczych.
W 2017 roku FNSEA i GRTgaz zaproponowały trzy wspólne działania na rzecz biometanu rolniczego: promowanie finansowania projektów, lepsze wspieranie rolników oraz rozwój B+R .
Zacznij 2018 (the 1 st lutego) grupa robocza na biogaz, został zainstalowany przez rząd; pod przewodnictwem sekretarza stanu Sébastiena Lecornu i skupiającego „menedżerów sieci, federacje zawodowe, parlamentarzystów, społeczności, stowarzyszenia ochrony środowiska, instytucje bankowe, a nawet instytucje publiczne i administrację” : pięć małych komitetów technicznych musi przygotować plan działania operacyjnego przed pokazem rolniczym 2018 (24 lutego-4 marca). Plan ten musi proponować rozwiązania polityczne lub regulacyjne dla długotrwałych problemów rozwoju sektora (zostaną omówione: Uproszczenie przepisów, finansowanie, podłączenie i bioNGV ).
W 2018 r. Nicolas Hulot ogłosił „ Plan uwolnienia energii odnawialnej ” (26 marca), które powinny opierać się na 15 propozycjach wsparcia dla sektora, w szczególności rolnictwa, przedstawionych przez grupę roboczą powołaną w lutym przez Sébastiena Lecornu (sekretarza stanu): Pomoc i uproszczenia administracyjne poprzez „punkt kompleksowej obsługi” w celu zbadania przepisów akta, krótsze czasy badania (z jednego roku do 6 miesięcy), podwyższenie progu zgłoszenia instalacji sklasyfikowanych jako ochrona środowiska (ICPE) do 100 ton na dobę (dziś 60 t/d), dostęp do kredyt (za fermentację beztlenową w rolnictwie + dodatkowe wynagrodzenie dla małych instalacji); Dopuścić mieszanki materiałów wejściowych, takich jak osady z oczyszczalni ścieków i bioodpady (punkt, do którego FNSEA ma „silne zastrzeżenia”, preferując „stałe przepisy gwarantujące niezawodne rozprowadzanie, gwarancję produkcji żywności wysokiej jakości”); szkolenia (zwłaszcza dla rolnictwa podmiotów) w celu ustrukturyzowania i profesjonalizacji sektora.
Powinno to również poinformować prac wieloletniego programu energetycznego (PPE) oraz przyszłego „mapę drogową”, 2019 - 2023 przejście energii. FNSEA „z zadowoleniem przyjęła te postępy, z wyjątkiem mieszaniny osadów ściekowych i bioodpadów”. Uważa ona również, że producenci i rolnicy powinni mieć możliwość „ustalania swoich maksymalnych zdolności produkcyjnych rocznie, a nie już miesięcznych, i dać im możliwość większej widoczności poprzez kontraktowanie zakupu biogazu na okres 20 lat, w porównaniu z 15 latami obecnie”.
W kierunku zrównoważonych sektorów na terytoriachBioodpady i odpady rolnicze niezbędne do metanizacji są często rozproszone, a ich ilość i jakość różnią się w zależności od terytorium i pory roku. Odzysk biogazu jest mało transportowy i nie pasuje do idei przepływu (poza lokalnie transportem odpadów do jednostki fermentacji beztlenowej, a następnie biogazu do miejsc konsumpcji).
Utworzenie jednostki fermentacji beztlenowej jest zatem zgodne z terytorialną logiką podaży (lokalne składowanie odpadów lub innej „zdatnej do metanizacji” biomasy, bliskość sieci gazowej) i popytu (zapotrzebowanie terytorium na gaz, elektryczność, produkty pofermentacyjne…).
Wola polityczna lokalnych aktorów umożliwia więc rozwój tego sektora, który może być źródłem rozwoju lokalnego . W rzeczywistości plan zaopatrzenia w produkty metanizowane jest generalnie opłacalny tylko w przypadku krótkich i średnich odległości transportowych. Sektor łączy podmioty dostarczające materię organiczną z tymi, którzy będą korzystać z biogazu i pofermentu (od władz lokalnych po rolników lub ich grupy, w tym producentów, sektor przetwarzania odpadów po budowniczych fabryk, metanizację i gospodarstwa domowe zużywające wyprodukowaną energię). Zakłada to logikę terytorialną z upstream, zbiór substratów organicznych niezbędnych do produkcji biogazu, następnie sam proces, następnie przekształcenie produktów i wreszcie ich wycenę.
Ta logika terytorialna jest stopniowo wdrażana w obszarze metropolitalnym Rennes w ramach kilku projektów prowadzonych przez Irstea . We współpracy z firmami Akajoule i Rennes Métropole badacze opracowali metodologię „diagnozy terytorialnej” sektora metanizacji. Umożliwia określenie, biorąc pod uwagę ograniczenia terytorialne i możliwości zidentyfikowane dla odpadów, energii i rolnictwa, najbardziej odpowiednich scenariuszy tworzenia jednostek fermentacji beztlenowej. „Konkretnie, na podstawie informacji georeferencyjnych dotyczących terytorium (dostępne zasoby, miejsce zbierania odpadów metanizowalnych itp.) model matematyczny określa, dla którego z pięciu zidentyfikowanych kryteriów (oczyszczanie odpadów, produkcja energii, jakość gleby, jakość wody, nawóz) wymaganie) fermentacja beztlenowa jest najbardziej odpowiednia ”. Współpraca ta pozwoliła na stworzenie pierwszej bazy danych i opracowanie master planu dla sektora metanizacji dla obszaru metropolitalnego Rennes. Inny ważny element projektów dotyczy analizy wpływu na środowisko (poprzez uruchomienie narzędzi analizy cyklu życia) oraz wpływu społeczno-gospodarczego związanego z zastosowaniem fermentacji beztlenowej. „Praca ta umożliwiła w szczególności ustalenie, po raz pierwszy, wykazu skutków przypisywanych sektorowi, takich jak obciążenie materiałów wykorzystywanych do fermentacji beztlenowej lub zmiana praktyk rolniczych” .
W 2017 r. sektor reprezentował ponad 1700 bezpośrednich miejsc pracy. Może stworzyć 15 tys. do 2020 r., jeśli cele wyznaczone przez rząd w 2010 r. zostaną osiągnięte. Te prace wymagają kwalifikacji od pracownika do bac +5 przez techników do konserwacji.
Zastosowania komunalneFrancja była pierwszym krajem, który rozpoczął metanizację odpadów z gospodarstw domowych (w 1988 r. w Amiens z Valorgą ). Od 2002 r. oddano do użytku inne instalacje: Varennes-Jarcy, Le Robert (Martynika), Calais, Lille, Montpellier, Marsylia, a około dwudziestu innych jest w fazie badań lub budowy w całej Francji. Zakład w Romainville, którego budowa, początkowo zaplanowana na 2010 rok, ale przełożona, będzie przetwarzać prawie 400 tys. ton odpadów z gospodarstw domowych.
Od trzydziestu lat instalacje przemysłowe przetwarzające odpady z biomasy stałej i/lub niektórych osadów ściekowych, po uruchomieniu z pomocą publiczną, wykazują opłacalność ekonomiczną.
W zależności od pochodzenia odpady niesortowane u źródła muszą zostać poddane obróbce wstępnej i/lub końcowej mechanicznej ( sortowanie mechaniczno-biologiczne z separacją, sortowanie, rozdrabnianie przez kruszenie, przesiewanie pod względem rozmiaru i/lub pasteryzacja) . Niektóre jednostki przetwarzają bioodpady składające się z materii organicznej sortowanej u źródła. Dotyczy to na przykład witryn Lille lub Forbach .
Firmy przemysłowe wdrożyły rozwiązania w zakresie metanizacji przemysłowej, w szczególności metanizatory i mechaniczno-biologiczne systemy sortowania. Znajdują się we Francji, Niemczech, Szwajcarii, Szwecji, Hiszpanii itp.
Produkcja biogazu rozwinęła się w kilku krajach Unii Europejskiej (UE), z podwójnym celem wytwarzania energii odnawialnej i przetwarzania odpadów organicznych. Na początku XXI -go wieku, rozwój opiera się przede wszystkim na silnym wsparciem publicznym a specjalną stosowania upraw dostarczenia energii poprzez kogenerację . W 2020 r. istnieje tendencja do zmniejszania wsparcia publicznego, co kładzie nacisk na odzysk odpadów lub międzyplonów i skłania się ku odzyskowi w biometanie .
Niemcy i Wielka Brytania są pionierami w rozwoju sektora biogazu; ten ostatni zainstalował pierwszą na świecie elektrownię na terenie byłej bazy lotniczej RAF Eye w 1992 roku. Inne kraje mają specjalne programy i polityki dotyczące biogazu, takie jak Hiszpania, Włochy, Dania, Holandia, Szwecja, Polska, Szwajcaria i Austria. Od 2000 roku UE stała się głównym producentem biogazu – wyprzedzając Stany Zjednoczone – z ponad połową światowej produkcji. Rzeczywiście, rozwój biogazu na skalę europejską został osiągnięty dzięki dążeniu niektórych krajów do ustanowienia – dzięki Białej Księdze z 1997 r. – strategii i planu działania Wspólnoty w dziedzinie energii odnawialnej. Produkcja biogazu spełnia również inne cele wyznaczone przez UE:
W Niemczech sektor rozwinął się dzięki silnemu wsparciu politycznemu w latach 2000. W szczególności przybrał postać dużych jednostek zaopatrywanych w rośliny energetyczne, takie jak kukurydza . W wyniku ograniczeń wsparcia, małe jednostki działające w zwarciu z odpadami rolniczymi mają tendencję do ponownego pojawiania się. Zwiększenie elastyczności produkcji energii umożliwiłoby zmniejszenie ilości kukurydzy wykorzystywanej jako roślina energetyczna oraz środowiskowych efektów zewnętrznych w regionach inwentarskich, ale byłoby bardzo kosztowne w subsydiach ( cena zakupu ), jeśli wiąże się z obniżeniem ilości biogaz produkowany w trybie nominalnym.
W Szwajcarii fermentacja beztlenowa dostarcza 2% gazu zużywanego w 2019 r., a sektor wyznaczył sobie cel 30% zużycia „ciepła” przez osoby fizyczne (a zatem z wyłączeniem przemysłu i transportu) do 2030 r.
Stany Zjednoczone nie mają federalnej polityki wspierania produkcji biogazu , co opóźnia rozwój w porównaniu z Europą. Niewielka fala instalacji miała miejsce w latach 2007-2008, kiedy cena ropy była wysoka, ale nie spisywały się one zbyt dobrze.
Pod koniec lat 2010 kilka stanów, takich jak Kalifornia, zachęcało do budowy obiektów, nakładając progi podłogowe dla energii odnawialnej w zaopatrzeniu dostawców energii, co ożywiło projekty „do 50 lub 100 w 2019 roku”. Wsadami metanizowanymi w amerykańskich komorach fermentacyjnych są zasadniczo odpady : obornik bydlęcy i świński , resztki żywności, osady z oczyszczalni ścieków .
Od lat 60-tych Chiny opracowały programy budowy komór fermentacyjnych na obszarach wiejskich , w tym szkolenia rolników w zakresie zarządzania metanizatorami. Szacunki z 2008 roku wskazują, że ponad 30 milionów komór fermentacyjnych dostarcza 1,2% całkowitej energii w kraju. Eksportuje swoje technologie dostosowane do małych komór fermentacyjnych w Azji Południowej. W latach 2010-tych nastąpiła ewolucja w kierunku większych i bardziej scentralizowanych jednostek.
Liczne programy badawcze koncentrują się na fermentacji beztlenowej, od fermentacji beztlenowej (na przykład na poziomie okręgu) po skalę przemysłową, w tym rolę enzymów; reologii , zalety i wady trasy suchej, o grubości drogą, ciekłej lub drogą ciągłego albo nieciągłego wsadu do reaktora; poszukiwanie jeszcze skuteczniejszych szczepów bakteryjnych; odzyskiwanie produktów pofermentacyjnych, pomiar i kontrola zapachów, zdrowie pracowników itp.
W krajach (na przykład we Francji), w których fermentacja beztlenowa nie może konkurować z paszą dla ludzi lub zwierząt, podejmowane są w szczególności wysiłki w celu zróżnicowania środków produkcji (np. produkty koszenia przydrożnego); pomoc operatorom w lepszym zarządzaniu różnorodnością i sezonowością otrzymywanych materiałów wejściowych, poprzez udoskonalenie środków zarządzania metanizatorem (monitorowanie) i przychodów z nakładów. We Francji projekt badawczy CARMEN ma na celu usprawnienie procesu fermentacji beztlenowej, a tym samym lepsze jego zrozumienie (np. rola przygotowania wsadów, sposób napełniania bioreaktora (w warstwie lub w mieszaninie), ewentualne dodatki (np. do buforowania działanie zakwaszające produktów koszenia lub skoszonej trawy), mikrozanieczyszczenia i inne inhibitory, możliwa zdolność bakterii do przystosowania się do nich…). Ale inne prace badawcze dotyczą wydobycia (CIVE, wstępne przetwarzanie odpadów rolniczych, kontrola gospodarowania obornikiem itp.) i dalszego sektora (poprawa systemów oczyszczania i spalania biogazu i biometanu; z częścią projektu CLIMIBIO dla przykład). W procesie suchym, szczególnie w sytuacji współfermentacji bardzo różnych materiałów wejściowych, staramy się lepiej zrozumieć i kontrolować transfery i recyrkulację wody w reaktorze, aby zoptymalizować fermentację.
Osoby mieszkające w pobliżu obiektów często obawiają się problemów z zapachami, co nie ma uzasadnienia w przypadku bezwonnego biogazu . Rozrzucanie pofermentacyjnej jest również mniej zapachowy niż surowego szlamu , znaczna część węgla przekształcane w metan. Jednak przekształcony azot, chociaż lepiej przyswajany przez rośliny, jest jednak wymywany przez ługowanie i jest również bardziej lotny. Przedmiotem krytyki jest również obrót odpadami zasilającymi obiekty. Kwestionowanie projektów wpisuje się czasem w kontekst odrzucenia infrastruktur „narzuconych” przez świat przemysłowy lub władze.
We Francji niemiecki model dedykowanych upraw energetycznych jest odrzucany ze względu na konkurencję z uprawami spożywczymi, pierwotnymi lub wtórnymi (do żywienia zwierząt).