Production de biogaz à haut rendement en réacteur anaérobie couplé à l'électrolyse de l'eau (L-12143)

La génération de biogaz par digestion anaérobie de déchets biodégradables, ou méthanisation, est de plus en plus considérée comme une source d'énergie renouvelable viable. Cependant, l'efficacité du processus de méthanisation est limitée par un certain nombre de facteurs incluant l'hydrolyse lente de la matière organique complexe et la génération de dioxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène qui accompagnent la production de méthane. Ces sous-produits doivent être extraits du biogaz afin de l'enrichir en méthane pour qu'il puisse être utilisé comme carburant. Ces difficultés peuvent être surmontées par l'incorporation de l'électrolyse de l'eau dans le procédé de méthanisation, ce qui permet un rendement amélioré de biogaz tout en réduisant grandement la quantité de dioxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène. Ce procédé amélioré peut être adapté aux nouveaux digesteurs ainsi qu'aux installations existantes, ce qui facilite sa mise en œuvre.

Applications

Ce procédé amélioré de méthanisation peut être appliqué aux systèmes de digestion anaérobie pour la gestion des déchets organiques en général, incluant :

  • Les usines de traitement des eaux usées
  • Les déchets provenant des industries alimentaires et de la foresterie
  • Les déchets agricoles et d'animaux d'élevage

Concept

Le biogaz produit par les systèmes de digestion anaérobie est riche en méthane mais contient également des quantités importantes de dioxyde de carbone (CO2, jusqu'à 50%) ainsi que des petites quantités de sulfure d'hydrogène (H2S, de 1 à 3 %). Bien que les quantités de H2S produites à partir des sulfates des stocks d'alimentation soient petites, ce produit est très toxique et a des effets négatifs sur la population microbienne du digesteur. De plus, si le biogaz est destiné a être utilisé comme carburant, il doit être raffiné pour en extraire le CO2 et le H2S.

Par ailleurs, l'hydrolyse de la matière organique complexe est un processus nécessaire mais lent, ce qui limite la production de biogaz et réduit son rendement. La combinaison de l'électrolyse de l'eau à la digestion anaérobie résout plusieurs de ces problèmes, améliorant ainsi le rendement en biogaz et sa qualité. La faible puissance utilisée pour l'électrolyse est suffisante pour générer de l'oxygène sans affecter la croissance microbienne. L'oxygène produit sert à oxyder le H2S, ce qui élimine ce produit secondaire. L'oxygène contribue également à augmenter le taux d'hydrolyse de la matière organique. De plus, l'hydrogène, également généré par l'électrolyse de l'eau, réduit le CO2 en méthane, augmentant la quantité et le rendement pour un biogaz de meilleure qualité.

Avantages

Polyvalence

Ce procédé amélioré peut être appliqué aux systèmes de digestion anaérobie peu importe la nature ou l'origine des résidus organiques utilisés. Il est particulièrement bien adapté aux systèmes conçus pour traiter les résidus organiques complexes, où le taux d'hydrolyse habituellement lent peut être significativement augmenté par les faibles quantités d'oxygène produites par l'électrolyse de l'eau.

Facilité de mise en œuvre

Le système électrolytique nécessaire au procédé peut être incorporé dans le design de nouveaux modèles de digesteurs ou adapté à une installation existante en utilisant une boucle de recirculation externe. De plus, le coût des électrodes est peu élevé puisque celles-ci peuvent être fabriquées en carbone ou en acier inoxydable, évitant l'utilisation de métaux nobles onéreux.

Rendement accru et biogaz de meilleure qualité

L'oxygène et l'hydrogène produits par électrolyse de l'eau contribuent tous deux à un rendement accru de la production de méthane. De plus, les proportions de CO2 et de H2S dans le biogaz sont grandement diminuées, ce qui améliore la qualité du biogaz et réduit le besoin de recourir à des traitements de raffinage couteux.

Propriété intellectuelle

Amélioration de la conversion de matière organique en méthane et hydrogène en réacteur anaérobie couplé à l'électrolyse de l'eau (CNRC no 12143).

Personne-ressource

Yves Quenneville
Téléphone : 514-496-8507
Courriel : Yves.Quenneville@nrc-cnrc.gc.ca