Biogaz

Biogaz

Installation de biogaz – Informations générales sur le procédé de fabrication

La formation de Méthane biologique est un procédé présent à l’état naturel, dans lequel la matière organique est maintenu dans un environnement humide fermé (étanche à l’air) afin d’activer la réaction de fermentation sous l’action naturelle des bactéries.

Par biogaz issu d’installation technique, l’on désigne un produit énergétique à l’état gazeux, lequel est fabriqué en l’absence d’oxygène à partir de substances organiques naturelles. Le procédé de digestion en anaérobie dure entre un mois et un mois et demi. Le procédé suit plusieurs étapes principales : « décomposition microbienne vers une substance ayant une taille sous-moléculaire », « extraction par fermentation et transformation en alcool, acide, dioxyde de carbone et hydrogène ». L’hydrogène (H2) et le dioxyde de carbone (CO2) sont alors transformés en méthane (CH4) et en eau (H2O).

Le Méthane est en tant que produit similaire aux gaz fossiles et sert de source d’énergie pouvant être stockée et transportée, permettant sa transformation en chaleur, en électricité ou sa consommation directe au sein des installations motorisées de propulsion, des turbines et autres moteurs.

L’important pour son utilisation industrielle ultérieure est la préparation en aval du biogaz, afin d’éliminer les matières issues du procédé indésirables (purification), de diminuer le taux d’humidité (séchage) et de pouvoir utiliser le biogaz à une pression de fonctionnement nécessaire au process (densification). Lors de son utilisation directe pour alimenter le réseau de gaz, il est également nécessaire d’ajuster son pouvoir calorifique (conditionnement). Fréquemment, les parties gazeuses non désirables et le méthane en surplus sont volontairement brûlés dans une usine de traitement.

Produits

Parmi les matières utilisées à l’origine, l’on trouve les matières résiduelles organiques (entre autre la boue claire, reste de repas, abats), les matières connues comme engrais (Purin, déjections), les déchets organiques, les végétaux issu de l’agriculture et les plantes cultivée tels que le mais, les betteraves mais aussi les déchets verts issue de l’élagage et l’entretien des sols. On parle alors de matière renouvelable, en allemand « nachwachsenden Rohstoffen“ (NawaRo). Il faut différencier les déchets qui résultent de la production agricole, des cultures dédiés à la production de gaz.

Après la formation du biogaz, les matières inodores restantes issu de la décomposition sont désignées comme Substrat et sont de nouveaux dispenser sur les surfaces agricoles. Le substrat est un engrais de haute valeur, qui remplace avantageusement les engrais minéraux de synthèse.

Potentiel

Les installations de biogaz présentent un très fort potentiel comme moyen de production participant à la fabrication d’une énergie renouvelable. Lors des dernières années sont entrées en fonction des milliers d’installations de biogaz, lesquelles ensembles pourraient remplacer la capacité de production d’une centrale nucléaire. Les principales propriétés suivantes sont tout à fait remarquables :

1) La fabrication de biogaz est capable de couvrir les besoins de base, donc indépendante des conditions météorologiques.
2) Le biogaz peut en outre couvrir les besoin de pointe, si l’on alimente par le biogaz en cohérence avec les besoins une centrale de cogénération.
3) La libération de CO2 dans l’air, parce qu’elle provient des plantes est neutre pour le climat.
4) Le degrés d’efficacité totale des installations de biogaz doit significativement augmenter grâce à la production conjointe de chaleur et d’électricité, c'est-à-dire une plus large utilisation des deux sortes d’énergie «chaleur » et « gaz », ainsi que l’électricité généré par la centrale de cogénération.
5) L’attention portée au dimensionnement et au cadre d’utilisation de l’installation permet une fonctionnalité optimale.
6) Application mobile: expérimentalement, le biogaz peut être valorisé dans une pile à combustible. Le biogaz peut alors être transformé en électricité tout en réduisant les coûts liés à son étape de préparation et essentiellement en augmentant l’efficacité des technologies de pile à combustible.

Un autre avantage d’une installation de biogaz est la possibilité de décentraliser la fabrication d’énergie, de l’intégrer à un concept de génération de chaleur in-situ, ainsi que d’adapter la production selon la demande au long de l’année.

La capacité de stocker le gaz produit lui donne en tout cas un important avantage sur d’autres sources d’énergie renouvelable, comme le photovoltaïque et l’éolien. Il y a par ailleurs au niveau technique plusieurs concepts mis au point, qui permet d’obtenir non seulement le plus haut rendement possible des différents systèmes, mais aussi une utilisation pensée sur le long-terme grâce au stockage de l’énergie.

Problème

Le problème des installations de biogaz réside dans l’échappement de gaz et d’émissions telle que le méthane, l’ammoniaque, de sulfure d’hydrogène, le CO2) Le méthane est, à même titre que le CO2, un gaz nocif pour le climat.

L’autre problème à prendre en compte est l’impact sur le territoire des plants cultivés dans le but de fournir cette énergie (bilan climatique impacté par les monocultures, changement de la nature et ou qualité des sols, émission). La critique très souvent formulé est l’utilisation des surfaces arable afin de pourvoir la filiale énergétique, aux dépens de son utilisation dans un but alimentaire.

Promotion des énergies renouvelables

La législation garantie à travers la loi allemande sur les énergies renouvelables (das "Erneuerbare-Energien-Gesetz" (EEG)) une augmentation sur 20 ans du tarif d’achat donné en considération de l’énergie conventionnelle. Pour l’utilisation de la chaleur, l’opérateur de l’installation reçoit un bonus supplémentaire pour le couplage chaleur et électricité. De plus en plus d’aides indirectes viennent aider aux financements et stimulent l’aménagement d’installations de biogaz.

Perspective

Les installations biogaz sont un « thème passionnant » et apporte avant tout une importante pierre à l’édifice au sein du secteur de l’Energie.

Actuellement, il y a dans de nombreuses régions des controverses et une résistance envers les grands aménagements d’installations. La raison est la sollicitation importante du milieu naturel, les influences négatives en termes d’infrastructures sur le paysage agricole, des scrupules à engager une politique d’investissement relative à l’EEG qui portera sur les 20 prochaines années, ainsi que l’impact des émissions de CO2, lorsque celui-ci est lié à une « culture énergétique ».

Tout cela porte atteinte au bilan climatique, jusque là considéré comme positif, ainsi que globalement à l’approvisionnement alimentaire. Nombre de ces problèmes n’ont au départ pas été envisagé dans toute leur mesure, ni même connu. Comme c’est souvent le cas pour les procédés de génération d’énergie, il y a le revers de la médaille et un temps nécessaire d’apprentissage, afin de pouvoir établir les modifications techniques et opérationnelles sur les installations.

Les technologies biogaz progressent, la quantité croissante d’installations ainsi que l’agrandissement des installations existantes prennent une dimension qui dépasse les frontières et reste un challenge dans le futur.

Groupe de travail Biogaz sur XING


Sur la page allemande du média social XING se trouve depuis de nombreuses années un groupe de travail sur le thème des biogaz "Biogas - alternative Energiesysteme". De nombreux membres s’y rencontrent, afin d’échanger et d’être en contact. Ce groupe Xing peut être visité en dehors de cette plateforme, afin de s’informer. XING Gruppe Biogas - alternative Energiesysteme


Biogaz dans la Region PAMINA

Il existe également un projet de site internet en rapport avec Biogaz dans l’EUROREGION PAMINA


Biogas

Biogasanlagen - Grundlegende Informationen zum Verfahren

Die biologische Methangasbildung ist ein in der Natur vorkommender Prozess, bei dem organisches Material in feuchter Umgebung und unter Luftabschluss durch die Stoffwechselaktivität natürlicher Methanbakterien verrottet.

Unter Biogas aus technischen Anlagen versteht man ein energiereiches Gasprodukt, welches unter Abwesenheit von Sauerstoff aus natürlichen organischen Stoffen hergestellt wird. Die anaeroben Gär- und Fäulnisprozesse in der Biogasanlage dauern ein bis anderthalb Monate. Das Verfahren durchläuft die Haupt-Stufen "Mikrobielle Zerlegung zu niedermolekularen Substanzen", "Abbau durch Gärung und Umwandlung in Alkohole, Säuren, Kohlenstoff-Dioxid und Wasserstoff.

Wasserstoff (H2), Kohlenstoffdioxid (CO2) werden zu Methan (CH4) und Wasser (H2O) umgesetzt.

Das Erzeugnis Methan ist dem Erdgas vergleichbar und dient als speicher- und transportfähiger Energieträger zur Wärme-Erzeugung, zur Verstromung oder zum direkten Antrieb von Maschinen, Turbinen und Motoren (KFZ).

Wichtig vor der industriellen Verwendung ist eine nachgeschaltete Gasaufbereitung, um unerwünschte Begleitstoffe zu entfernen (Reinigung), Feuchtigkeit zu minimieren (Trocknung) und den zur Nutzung erforderlichen Druck zu erzeugen (Verdichtung). Bei direkter Einspeisung ins Erdgasnetz muß eine Anpassung an den Heizwert erfolgen (Konditionierung).

Unerwünschte Gasbestandteile oder überschüssiges Methan werden häufig gezielt über eine Fackelanlage verbrannt.

Ausgangsstoffe:

Eingesetzt werden vergärbare biomassehaltige Reststoffe (unter anderem auch Klärschlamm, Speisereste, Schlachtabfälle), sogenannter Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist), Biomüll, Pflanzenreste aus der Landwirtschaft und auch Anbaupflanzen wie z.B. Mais und Zuckerrüben, aber auch Gras und Grünschnitt. Man spricht von nachwachsenden Rohstoffen (NawaRo). Zu unterscheiden sind Ausgangsstoffe, die als Abfallstoffe anfallen, gegenüber gezielt angebauten Energiepflanzen.

Der nach der Biogaserzeugung verbleibende nahezu geruchslose Gärrest wird Substrat genannt und wird wieder auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht. Das Substrat ist ein hochwertiger Dünger, der als Ersatz für künstlichen Mineraldünger zur Grundwasserschonung beiträgt.

Potential:

Biomasseanlagen haben ein sehr hohes Potential, zur Erzeugung regenerativer Energie beizutragen. In den letzten Jahren entstanden in Deutschland mehrere tausend Biogasanlagen, welche zusammen die Kapazität eines Atomkraftwerkes ersetzen könnten. Hervorzuheben sind dabei folgende Grundeigenschaften:

1) Die Biogaserzeugung ist grundlastfähig, also nicht von der Witterung abhängig. 2) Biogas kann außerdem zur Spitzenlast-Deckung beitragen, indem das einfach zu speichernde Biogas termingerecht im Blockheizkraftwerk verstromt wird. 3) Die Wiederfreisetzung von CO2, welches kurzfristig in Pflanzen aus der Luft gebunden wurde, ist an sich klimaneutral. 4) Der Gesamtwirkungsgrad von Biogasanlagen ist deutlich zu steigern durch Kraft-Wärmekopplung, d.h. weitestgehende Nutzung beider produzierter Energiearten "Abwärme" und "Gas" bzw. in Blockheizkraftwerken (BHKW) erzeugter Strom. 5) Der Nutzen kann durch Einbindung in Gesamtkonzepte beachtliche Dimensionen erreichen. 6) Einsatz zur Mobilität: Biogas wird im Versuchsmaßstab bereits in Brennstoffzellen verwertet. Bei künftiger Kostenreduktion für die Aufbereitung des Gases kann Biogas mit den wesentlich höheren Wirkungsgraden der Brennstoffzellentechnologie verstromt werden.

Als weiteren Vorteile der Biogasanlagen kann man die Dezentralisierung der Energieerzeugung und die Möglichkeit der Integration in Nahwärmekonzepte, wie auch die mögliche jahreszeitliche Betriebsanpassung an die Nachfrage betrachten.

Die Speicherfähigkeit des erzeugten Gases ist auf jeden Fall ein bedeutender Vorteil gegenüber manch anderen regenerativen Energiequellen wie Photovoltaik und Windkraft.

Es gibt zudem in der technischen Umsetzung befindliche Konzepte, welche durch Vernetzung der verschiedenen Systeme einen höchstmöglichen Wirkungsgrad und eine Langfrist-Ausnutzung durch Energiespeicherung bewirken.

Probleme:

Probleme der Biogasanlagen bestehen beispielsweise in Undichtigkeiten und durch Emissionen (Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, CO2). Entweichendes Methan ist wie auch das CO2 ein klimaschädliches Gas. Des weiteren ergeben sich Auswirkungen auf die Landnutzung beim Anbau von Energiepflanzen (Veränderung der Klimabilanz durch Monokulturen, Bodenveränderungen, Staubbildung). Auch die häufig kritisierten Auswirkungen auf die Nahrungsmittelerzeugung, indem landwirtschaftliche Flächen anstatt für den Anbau von Nahrungs-(mittel)-Pflanzen für den Anbau von Energiepflanzen verwendet werden.

Förderung:

Der Gesetzgeber garantiert für durch das "Erneuerbare-Energien-Gesetz" (EEG) eine gegenüber konventionellem Strom erhöhte und auf 20 Jahre festgelegte Einspeisevergütung. Für die Nutzung der Wärme erhält der Anlagenbetreiber zusätzlich einen ebenfalls im EEG festgelegten Bonus für die Kraft-Wärme-Kopplung. Steigende Energiepreise sind indirekt weitere finanzielle Anreize zum Ausbau des Biogas-Anlagenbestandes.

Perspektive:

Biogasanlagen sind ein "spannendes Thema" und vor allem ein wichtiger Baustein in der Energiewende. Zur Zeit gibt es in manchen Regionen Kontroversen und Widerstand gegen den weiteren großangelegten Ausbau von Biogasanlagen. Grund sind Belastungen der Natur, negative Auswirkungen auf Infrastrukturen im ländlichen Raum, Bedenken über die Festschreibung der hohen Förderungen auf volle 20 Jahre durch die Politik (EEG), sowie mittlerweile festgestellte negative Klimarückwirkungen durch CO2-Emissionen aus den mit Energiepflanzen bewirtschafteten Anbauflächen. Diese beeinträchtigen die bisher angenommene positive Klimabilanz ein Stück weit. Dazu globale Auswirkungen auf die Lebensmittelversorgung.

Viele dieser Probleme wurden anfangs nicht in ihrer vollen Auswirkung erkannt und berücksichtigt. Wie bei allen Verfahren zur Energiegewinnung gibt es auch eine Kehrseite der Medaille - und ein notwendiges Lernen mit der Zeit. Was zu Anpassungen und Angleichungen von Verfahren, Anlagen und Betrieb führen wird. Die Biogastechnologie befindet sich auf dem Vormarsch, die Zahl der installierten Anlagen wie auch die Verbreitung der Anlagen über die Landesgrenzen hinaus nehmen zu - die weitere Entwicklung ist und bleibt eine Herausforderung.


Biogas-Fachgruppe auf XING

Auf der deutschsprachigen Social Media Seite XING besteht seit vielen Jahren Fachgruppe zum Thema "Biogas - alternative Energiesysteme". Hier treffen XING-Mitglieder zusammen um sich auszutauschen und in Kontakt zu sein. Diese XING-Gruppe kann auch von außerhalb der Plattform eingesehen werden, um sich zu informieren. XING Gruppe Biogas - alternative Energiesysteme

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Dipl.Ing. Thomas Friederich
Bureau d`études d`ingénierie
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