La technologie
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Situation de l'industrie
Après plusieurs années de développement commercial, principalement en Europe, on peut considérer la digestion anaérobie comme une technologie parvenue à maturité. Fondamentalement, tous les digesteurs anaérobiques sont constitués de chambres à vide étanches (ou d'une série de chambres) qui créent un environnement optimal dans lequel des bactéries anaérobies peuvent décomposer la matière organique. En dépit de sa maturité, la technologie de la digestion anaérobie continue de refléter une large fourchette de conceptions et de philosophies ainsi qu'un vaste éventail de capacités, de prix et de paramètres d'exploitation. Les nombreux modèles en concurrence se divisent en deux grandes catégories.
Les digesteurs mésophiliques fonctionnent de façon optimale à des températures se situant entre 30oC et 35°C, et les matières demeurent dans le digesteur de 15 à 30 jours. Ces digesteurs sont beaucoup plus robustes et nécessitent moins de chaleur industrielle pour maintenir le processus de digestion anaérobie, mais ils sont généralement composés de grandes chambres, ils produisent des volumes de biogaz relativement faibles et n'aseptisent pas les matières premières aussi en profondeur que les autres types de digesteurs.
Les digesteurs thermophiliques fonctionnent de façon optimale à des températures se situant entre 50oC et 55°C, et les matières demeurent dans le digesteur de 10 à 15 jours. Ces digesteurs produisent des volumes de biogaz légèrement plus élevés, ont des taux de traitement plus rapides et aseptisent les solides provenant de la digestion plus en profondeur. Cependant, ils sont plus coûteux, nécessitent davantage de chaleur industrielle pour maintenir le processus de digestion et sont moins stables.
On peut classer les digesteurs selon le type d'alimentation (continue, discontinue, à piston) et le nombre d'étapes qui constituent le processus de digestion (une étape ou plusieurs étapes). Parmi les autres caractéristiques de la conception, notons le contenu en solides (liquides, boues), la capacité, l'orientation (vertical ou horizontal) et le mécanisme de malaxage.
Étant donné le large éventail de modèles concurrents et le grand nombre de variables propres à l'emplacement qui doivent être prises en compte (type de bétail, nombre d'animaux, organisation des installations d'élevage, méthodes existantes de traitement du fumier, etc.), les discussions avec des spécialistes de l'industrie (ingénieurs-conseil, fournisseurs de la technologie, spécialistes du gouvernement) seront extrêmement utiles pour déterminer quel modèle répondra à vos besoins.
Matières premières appropriées
Un large éventail de matières premières, de source agricole ou provenant du recyclage après consommation, se prête à la digestion anaérobie. Les principales matières agricoles sont les fumiers des bovins, des porcs et de la volaille. Le fumier animal, ainsi excrété, est une excellente matière première pour la production de biogaz. Toutefois, le fumier n'est pas utilisé ainsi excrété, puisqu'il est modifié sous l'effet des pratiques de collecte et d'entreposage. La matière qui est finalement disponible pour la digestion sera désignée de façon plus appropriée sous le nom de matière première de fumier, qui contient des matériaux de litière, des résidus d'aliments, de la terre et parfois des quantités considérables d'eau. La matière première de fumier sera aussi sujette à la détérioration pendant l'entreposage. En conséquence, la matière première de fumier n'a pas le potentiel de production de méthane du fumier pur.
Les matières végétales (résidus de cultures et plantes cultivées dans un but précis) ne sont pas considérées comme une matière première principale pour la digestion anaérobie, mais elles peuvent constituer un apport intéressant au mélange, en raison de leur capacité d'équilibrer les paramètres importants du mélange global des matières premières.
Lorsque la réglementation le permet, l'ajout de matières premières de source non agricole dans un digesteur anaérobie peut être très intéressant. En plus de leur potentiel de production de méthane, elles peuvent engendrer des revenus supplémentaires grâce aux redevances de déversement versées à l'exploitant d'un digesteur anaérobie pour la manipulation et le traitement de ces matières premières. Les produits organiques industriels sont les principales matières non agricoles traitées dans les digesteurs anaérobies. Ce sont des déchets organiques provenant de l'industrie de la transformation des aliments et boissons. De telles matières premières peuvent être dotées d'un excellent potentiel de production de méthane, et sont souvent assorties de redevances de déversement. La fraction organique des déchets municipaux solides (lorsque c'est possible), les résidus de gazon et de jardin, les boues et les biosolides (déchets humains) constituent d'autres sources de matières premières. Il faut noter que dans de nombreuses provinces canadiennes, la réglementation ne permet pas actuellement d'introduire des déchets non agricoles dans un milieu agricole.
La digestion anaérobie est un processus biologique complexe et sensible qui nécessite un processus d'alimentation contrôlé et bien organisé. Un digesteur crée un environnement fragile qui est optimisé pour un groupe précis de bactéries anaérobies. Un équilibre soigneusement contrôlé est nécessaire pour préserver la santé de ces bactéries. Un écart par rapport aux conditions optimales peut rapidement mener à une boucle de rétroaction négative et à une défaillance complète du bioréacteur. Lorsque cela se produit, une longue période est nécessaire pour redémarrer le processus de digestion.
On doit introduire dans les digesteurs anaérobies un mélange uniforme de matières premières, en tenant compte de plusieurs paramètres, notamment le niveau du pH, le ratio carbone/azote, le pourcentage de volatiles solides, le pourcentage de matières sèches volatiles et la taille des particules. Toute modification au mélange de matières premières doit être effectuée soigneusement et progressivement. Le taux d'alimentation doit aussi être géré étroitement. Bref, l'alimentation d'un digesteur anaérobie doit être abordée avec la même application que l'alimentation du bétail.
Difficultés
Au Canada, la principale difficulté associée aux digesteurs anaérobies de ferme réside dans le fait que leur rentabilité économique n'a toujours pas été démontrée. Même en Ontario, où un taux de base de 11 cents par kWh est offert pour l'électricité produite par un digesteur anaérobie, le retour sur l'investissement d'une telle entreprise est généralement considéré comme inacceptable. En Europe, l'adoption répandue de la digestion anaérobie est le résultat d'incitatifs financiers importants, qui n'ont pas leur équivalent au Canada.
L'autre difficulté majeure est le taux d'échec historique des projets de digesteur anaérobie de ferme en Amérique du Nord, qui atteint, selon les estimations, un taux pouvant atteindre 80 %. Un digesteur anaérobie est une entité complexe nécessitant un savoir considérable et une constance opérationnelle absolue. Le succès de l'opération demande du temps et beaucoup d'attention. Dès qu'on s'éloigne des conditions optimales, le processus de digestion peut rapidement se détériorer pour finalement en arriver à une panne complète. Il faut alors procéder à un long redémarrage. La rentabilité économique des projets de digestion anaérobie au Canada restant à démontrer, il faut, pour obtenir un rendement suffisant sur l'investissement pour justifier le coût et les efforts associés à une telle exploitation, que la production de biogaz soit maximale pendant toute l'année. Ceci s'est avéré difficile à réaliser jusqu'ici. Les systèmes modernes peuvent comporter un degré élevé d'automatisation, diminuant ainsi le fardeau de l'exploitation, mais l'automatisation fait augmenter les coûts d'immobilisation.
Parmi les autres difficultés, il faut inclure les coûts d'immobilisation et d'exploitation importants, l'absence d'une base établie de digesteurs anaérobies au Canada, le potentiel d'émissions nocives pour l'environnement résultant de la combustion des biogaz (tels les composés sulfurés), l'augmentation du débit de circulation qu'un projet peut entraîner lorsqu'on recourt à des matières premières non agricoles et le bruit qu'un digesteur anaérobie peut causer dans un environnement rural.
Coûts
En Amérique du Nord, où un grand nombre de consultants et de fournisseurs de technologie offrent des solutions en matière de digestion anaérobie, mais où les cas de réussite sont très peu nombreux, chaque projet doit être abordé comme une application sur commande de la technologie. Étant donné le nombre élevé de variables dont il faut tenir compte dans la conception d'un digesteur anaérobie, les fournisseurs de la technologie au Canada sont réticents à généraliser sur la question des prix des systèmes. Dans cette optique, voici quelques coûts très approximatifs :
AVERTISSEMENT Tous les chiffres indiqués ci-après sont des approximations qui ne doivent pas servir au-delà des études de préfaisabilité. | ||
| Estimations des coûts | Exemples |
Coûts en capital | Environ 50 $ à 70 $ la tonne de matières premières qui peuvent être traitées chaque année plus ou moins 30 %. | À des fins de comparaison, une vache laitière produit environ 50 tonnes de matière première de fumier par année, un porc, 1,3 tonne, une poule pondeuse, 0,04 tonne et un poulet, 0,03 tonne. |
Équipement pour la production de l'électricité | Environ 25 % de l'ensemble des coûts en capital. |
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Coûts annuels d'exploitation | Entre 500 $ et 1 500 $ par m3 du volume du bioréacteur. |
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Coûts annuels d'entretien | Environ 3 % du budget pour l'équipement de traitement et 0,5 % du budget pour les autres éléments d'immobilisation. |
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Source : Goodfellow Agricola et Thorington Corporation
Il faut souligner encore une fois que les chiffres indiqués ci-dessus ne sont que très approximatifs, et qu'ils ne doivent pas servir au-delà de l'étape des études de préfaisabilité.
Fournisseurs canadiens
Genysis BioGas, Ottawa
www.kellerengineering.com, Benjamin Strehler, 613-224-1594
Rentec Renewable Energy technologies Inc., Peterborough
www.rentec.ca, 519-913-0065, 416-850-4427
BioTerre Systems Inc., Sherbrooke
www.bioterre.com, Richard Royer, 819-567-3871 (poste 2256)
Clear Green, Saskatoon
www.clear-green.com, Rick Valette, 306-931-3810
Highmark Renewables Inc., Vegreville Alberta
www.highmark.ca, Mike Kotelko 780-768-2466, Xiao-Mei Li 780-450-5290
ECB Enviro North America, Fort MacLeod
www.ecbna.com, Thane Hurlbert, 403-553-4255
ECB Enviro offre aussi la technologie pour le prétraitement (thermo-hydrolyse) pour traiter les matières à risques spécifiés afin qu'elles puissent être utilisées comme matières premières. www.biorefinex.com
Modifié: 02-22-2008
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