Titre de la conférence - Certificat d économie d...

Conférence

#CONFPollutec2016 #LTPollutec2016

Organisé par

LYON EUREXPO 29 NOV. > 2 DEC.

Et si le bilan environnemental de la filière de méthanisation se jouait en dehors du digesteur ?

Romain Girault

Irstea - Rennes

LYON EUREXPO 29 NOV. > 2 DEC. #CONFPollutec2016 #LTPollutec2016

La méthanisation comme brique d’une filière

Services

Production d’énergie

Substitution des

fertilisants minéraux

Services de la matière

organique dans les sols

Traitement de déchets

Etc…

Disservices

Emissions gazeuses

Transferts vers les

milieux aquatiques

Etc…


La méthanisation comme brique d’une filière

Services

Production d’énergie

Substitution des

fertilisants minéraux

Réduction de la

production de boues

Stabilisation des boues

Disservices

Emissions gazeuses

Transferts vers les

milieux aquatiques

Diminution du flux

d’azote valorisé en

fertilisation

Retours en tête


Où se joue le bilan environnemental de la filière de méthanisation ?

Quels sont les points chauds ? Quels sont les leviers ?


Points sensibles du bilan environnemental de la filière

Changement climatique

Substitution des sources d’énergie

fossiles

Evitement des émissions de GES

spontanées

Fuites de méthane sur l’unité

Emissions de CH4/N2O sur la filière

Impact sur le stockage du carbone

dans les sol ? Substitution de

l’azote minéral par le digestat



Epuisement des ressources non-renouvelables

Substitution des sources d’énergie

fossiles

Substitution des fertilisants minéraux

Intrants utilisés sur la filière (cultures

dédiées, réactifs…)



Eutrophisation

Exportation du digestat vers des

secteurs non-tendus

Substitution des fertilisants minéraux

Fuites d’azote et de phosphore à l’épandage

des digestats vers les eaux

Impact des modifications du

système de culture ?


Enjeux en terme de conception de filière

Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en

minimisant les fuites de GES

Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le

digestat

Maintenir/amplifier les services écosystémiques de la

matière organique


Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES

Maximiser la production de biogaz et sa valorisation

Gisement de substrats mobilisés

Rendement du digesteur

Rendement de la filière de valorisation du biogaz

Minimiser les dépenses énergétiques (chauffage du

digesteur, post-traitement du digestat)



Minimiser les émissions de gaz à effet de serre sur la filière

Fuites de méthane sur l’ensemble digesteur-cogénération

- Un taux de fuite variant de 0 à 10% est considéré dans les

évaluations environnementales (Projet Trackyleaks)

- Un taux de fuite même faible peut impacter significativement

le bilan GES de la filière


Localisation des fuites pouvant être observées sur les unités de méthanisation

Fixation membrane-structure

Mélangeurs à moteur immergé

Trappes de sécurité

Insertions des capteurs

Distribution de biogaz

Jonctions de banches bétons

Source : projet Trackyleaks (financement: Ademe)




Emissions de CH4 et de N2O au stockage

0

500

1000

1500

2000

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

kgC

-CH

4 ém

is/t

MB

Temps (jours)

Digestat brut Fraction solide Phase liquide

Exemple d’émissions de méthane au stockage des digestats (Projet remiprophyte, financement: Ademe)

Représente environ environ 2% de la production de l’unité




Emissions de CH4 et de N2O au stockage

Exemple d’émissions de N2O observée au stockage des phases solides de digestats (Projet Remiprophyte, financement: Ademe)

Difficile à maîtriser aujourd’hui…

0

100

200

300

400

0 10 20 30 40[N

2O

] (m

g/m

3)

Temps (j)

Phase solide 2 Phase solide 1

+ Emissions de N2O à l’épandage



0

2

4

6

8

Nitrated'ammonium

Sulfated'ammonium

Calciumammonium

nitrate

Diammoniumphosphate

Urée

Imp

act

chan

gem

ent

clim

atiq

ue

(kg

CO

2 Eq

)

1t d’azote produite 0,73-0,99Tep (IFS, n°509 – 2003)

Impact « changement climatique » des différentes formes d’azote minéral (Pradel et al., 2016 – ReciPe)

Maximiser la substitution des engrais minéraux






digestat


matière organique


Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le digestat

Origine de l’azote présent dans le digestat d’une unité de

méthanisation

Maîtriser la composition du digestat en éléments fertilisants

0% 20% 40% 60% 80%

Fumier de volaille

Lisier de bovin

Aliment bétail

Potentiel de minéralisation (%Norg)

Variations de potentiels de minéralisation observés Source : Projet MéthaPolSol


Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le digestat

Maîtriser les émissions d’ammoniac

Postes d’émissions : - Stockage - Post-traitements - Epandage Points sensibles : - Pratiques de stockage - Post-traitements appliqués - Pratiques d’épandage


Digestat

brut

Fraction

liquide

Fraction

solide

Séparation de phase

Séchage

Compostage

Complémentation

Granulation

Ultrafiltration – osmose inverse

Etc…

Différentes options de post-traitement des digestats

Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les émissions d’ammoniac


Maximiser la substitution des fertilisants

Digestat

brut

Fraction

liquide

Fraction

solide

Séparation de phase

Impact de la séparation de phase sur les émissions de NH3 au stockage

Digestat

brut

Stockage

Stockage

Stockage 88%N

12%N

NH3 < 2%N

NH3 ± 2%N

NH3 ± 15%N

NH3 ± 12%N

+ 17% d’émissions de NH3 sur l’ensemble « Séparation/stockage »

Exemple des flux mesurés sur une unité agricole

Source : Projet Remiprophyte (financement: Ademe)

Maîtriser les émissions d’ammoniac


Impact des post-traitements sur les émissions de NH3 à l’épandage

Fr. solides séchées

Concentrats d’osmose

Digestats bruts

Fractions solides Fractions liquides

Source : Projets Diva (ANR)/Remiprophyte (Ademe)

Impact des post-traitements sur un indice de volatilisation à l’épandage



Impact du dispositif d’épandage sur les émissions de NH3

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5

Keq

Essai

Pendillard

InjectionImpact du dispositif d’épandage sur le coefficient

« équivalent engrais » des digestats (maïs grain)

Source : CRAB, Decoopman, JRI2016

59%

87% Choix du matériel et pratiques d’épandage déterminants ! Expérience lisier : - Si incorporation immédiate :

Keq = 70% - Si incorporation après 24h :

Keq = 50%



Impact des post-traitements sur la qualité de l’épandage

Fraction Solide brute de Digestat Séchée complémentée de Digestat Granulés

Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser l’épandabilité

Source : Projet Remiprophyte


Impact des post-traitements sur la qualité de l’épandage

Fraction Solide brute de Digestat

Séchée complémentée de Digestat Digestat granulés

Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser l’épandabilité

Source : Projet Remiprophyte (financement: Ademe)


Modifications du système de culture associé à l’unité de méthanisation

Modification des pratiques d’épandage Modification des successions culturales

(intercultures, dérobées, cultures dédiées…)

Etc…

Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les effets rebonds






digestat


matière organique


Rôles de la matière organique dans le sol

La matière organique joue un rôle majeur dans la fertilité des sols chimique, physique et biologique

FERTILITE chimique, physique et biologique

Stockage et mise à disposition de nutriments : réservoir de cations

échangeables…

Structuration : aération, circulation eau, résistance à la

dégradation (érosion, compaction…)

Maintien de l’activité biologique : dynamique de

minéralisation,…

Régulation de la qualité de l’air:

stockage du carbone…

Régulation de la qualité de l’eau

Source : GIS Sol


Impact de la digestion sur la matière organique retournant au sol

Méthanisation et stockage du carbone dans les sols… ce qu’on sait…

Avant méthanisation

Après méthanisation

Carbone stable

Carbone labile

La méthanisation en tant que telle a peu/pas d’impact sur les formes très stables du carbone

Source : Thomsen et al., 2013

La méthanisation en tant que telle dégrade les formes très labiles bien qu’il en persiste dans le digestat

La méthanisation a donc un impact sur la quantité et la qualité de matière organique retournant au sol


Impact de la digestion sur la matière organique retournant au sol

Méthanisation et stockage du carbone dans les sols… ce qui est beaucoup moins clair…

Comment les ajouts de cosubstrats externes impacte le carbone retournant au sol ?

Quel impact des paramètres du digesteur?

Quel impact des post-traitement ? Quel impact du retour au sol indirect via le digestat ?

Quel impact d’une conversion des CIPAN en CIMS/CIVE?

Quelles stratégies de méthanisation permettent de combiner maximisation de la production de biogaz et maintien/renforcement

des services écosystémiques de la matière organique ?


Où se joue le bilan environnemental de la méthanisation ?




digestat


matière organique

Partout… y compris dans le digesteur…mais pas

uniquement…

Conférence

#CONFPollutec2016 #LTPollutec2016

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Et si le bilan environnemental de la filière de méthanisation se jouait en dehors du digesteur ?

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