«C’est une énergie qui a tout d’une grande», assure Catherine Leboul Proust. Le 4 octobre, la directrice stratégie de GRDF a dressé le bilan de l'expérience d’Energo et, plus globalement, du potentiel de la méthanation – la production de e-méthane à partir de CO2 et d'hydrogène. Cette start-up, fondée en 2018 sur des travaux de l’école Chimie ParisTech, a injecté pour la première fois, en juillet, de petites quantités de méthane de synthèse dans le réseau de distribution gazier français. Un symbole fort en période de tensions énergétiques et ce, d’autant plus que la jeune pousse a branché son démonstrateur à la sortie du méthaniseur de la ferme de viande bovine Parvillers, à Sempigny (Oise). Un site codirigé par Mauritz Quaak, qui fut, il y a dix ans, le premier agriculteur à injecter du biométhane dans le réseau français.
Faisabilité de la techno de plasma-catalyse
De quoi imaginer que la méthanation, qui produit du méthane de synthèse, ou e-méthane, en combinant du CO2 et de l’hydrogène vert, aura le même succès que la méthanisation, dont le biogaz est issu de la fermentation des résidus agricoles comme le lisier bovin? Le petit groupe d’industriels qui se presse devant le démonstrateur d’Energo, situé à l’arrière des trois cuves de méthanisation de la ferme de Parvillers, en est convaincu. En réutilisant le CO2 issu de la méthanisation, le procédé permet à la fois d’améliorer le bilan carbone du biométhane (déjà cinq à dix fois moins polluant que le gaz, car son carbone provient de la photosynthèse des plantes) en recyclant son CO2, et de produire localement un combustible bas carbone.
Le démonstrateur, qui peut produire 25 kW de méthane, a été mis en place dans le cadre d’un «bac à sable réglementaire» de la Commission de régulation de l’énergie (CRE), car le e-méthane n'a pas encore de statut juridique. De quoi injecter du e-méthane sur le réseau français pour la première fois, du 4 au 6 juillet dernier, mais surtout démontrer la faisabilité technique de la technologie unique de la start-up, dite de plasma-catalyse.
«Les procédés de méthanation existants travaillent en général à haute température et à 20-30 bars, ce qui nécessite d’importants investissements dans les infrastructures. Le nôtre fonctionne en pression atmosphérique et à basse température, autour de 200 degrés», explique le fondateur et PDG d’Energo, Vincent Piepiora. Il prend pour preuve les valves et les tuyaux de son démonstrateur derrière lui, «des modèles classiques et peu onéreux», potentiellement sources de fuites, mais que les conditions douces de la réaction permettent à Energo d'utiliser. Au sein du démonstrateur, qui a coûté 200 000 euros, l’électrolyseur réalisé par le drômois McPhy, le générateur de plasma et un appareil de chromatographie sont les pièces les plus coûteuses.
Six brevets déposés
Le procédé, lui, reste très high-tech. «Nous avons déposé six brevets», souligne Vincent Piepiora. Une fois le CO2 séparé du méthane dans le biogaz de méthanisation (via un système membranaire Prodeval mis en place par l’agriculteur), Energo le récupère et le mélange à l’hydrogène qu'il produit par électrolyse, avant d’envoyer l’ensemble dans un réacteur tubulaire. Là, le mélange est mis au contact d’un catalyseur à haute teneur en nickel (Energo, qui le fabrique, ne dévoile pas la composition exacte) et d’un plasma froid, généré entre deux électrodes. Une combinaison rare, qui permet d’accélérer la réaction et de produire du méthane avec peu d’énergie, note Energo, qui chiffre que la génération de plasma ne représente que 1% de l’énergie contenue au sein du méthane produit, dont la pureté avoisine les 99,7%. Pour maintenir la température, la chaleur dégagée par la réaction est évacuée via un circuit d’huile.
En prenant en compte la production d’hydrogène et le rendement de la méthanation, qui produit un peu d’eau, le rendement total de l’opération chute tout de même, pour s’approcher des 60%. Un bilan qui n’empêche pas Energo d’envisager un bel avenir dans le power-to-gas, c'est-à-dire la transformation de l’énergie électrique en méthane.
Potentiel de la solution dans le power-to-gas
Cette possibilité intéresse GRDF et Engie, dont le laboratoire de R&D, le Crigen, a cofinancé l’opération. Même si le rendement est faible, «cela permet de stocker de l’électricité en grands volumes et de manière inter-saisonnière, en profitant des infrastructures de stockage de gaz déjà présentes», argumente Etienne Philippe, chef de projet gaz verts à la direction scientifique de GRDF. Par exemple pour conserver sous forme de e-méthane l'excès d'électricité photovoltaïque produit en été afin de ne l'utiliser qu'en hiver. Le gestionnaire des réseaux de distribution de gaz note que la méthanation est «aisément adossée à la méthanisation, dont elle réutilise un coproduit». GRDF estime qu'elle pourrait représenter 50 Twh en France en 2050 (contre 130 pour la méthanisation).
Sur ce segment, Energo compte sur les faibles coûts de sa solution, et sur sa disponibilité à tous moments. Alors que les solutions à haute température sont longues à démarrer, «le plasma s’allume en pressant sur un bouton, donc il est possible de produire du méthane en start and stop, en fonction de la disponibilité électrique», vante Vincent Piepiora. Le responsable note aussi que le plasma est insensible à la présence de divers polluants, comme l'oxygène et les hydrocarbures aromatiques.
Applications à partir de sources de CO2 industrielles
Energo, qui compte 9 personnes et envisage de réaliser une levée de fonds en 2023, prévoit de construire un démonstrateur sur fonds propres pour démultiplier les possibilités du plasma-catalyse en produisant de nouvelles molécules, comme des carburants alcooliques et des molécules oxygénées d’intérêt pour l’industrie chimique. La start-up devrait aussi mettre en place une installation de méthanation dix fois plus imposante chez «un gros producteur d’hydrogène fatal français», prévoit Vincent Piepiora, qui imagine aussi des applications à partir de sources de CO2 industrielles.
Un déploiement rapide, qui doit permettre à la jeune pousse de se démarquer dans un secteur très dynamique. Du côté de la synthèse catalytique, d’autres sociétés optimisent leurs procédés. Ainsi, Engie développe une solution en lit fluidisé via son projet de pyrogazéification Gaya, qui doit bientôt atteindre l'échelle industrielle dans le cadre du projet Salamandre, porté avec CMA-CGM. L'entreprise Khimod (groupe Alcen) elle, propose des réacteurs optimisés sans chauffage à partir d'une technologie du CEA, et est parvenue à produire du méthane de synthèse sur le site de Jupiter1000 début juillet 2022. D’autres entreprises, comme Enosis, Terrawatt et Arkolia Energies en France ou Micropyros et Electrochaea en Allemagne, développent des procédés de méthanation biologique, au sein desquels des bactéries soigneusement choisies transforment le CO2 et l’hydrogène.
