“C’est à la fois un projet de traitement des déchets, de production de gaz renouvelable et de valorisation locale des coproduits qui en sortent”, s’enthousiasme Adeline Thomas. La directrice de la stratégie transition territoriale de Saint-Nazaire (Loire-Atlantique) a vanté les mérites de la gazéification hydrothermale, mercredi 24 mars, à l’occasion du lancement par GRTGaz d’un groupe de travail sur cette nouvelle technologie, abréviée "GH" pour les intimes.
Ce procédé innovant vise à transformer nos déchets parmi les plus repoussants - digestat et boues d’épurations au premier rang - en gaz de synthèse et autres matières premières utiles. Un modèle d’économie circulaire, pour laquelle la très industrielle ville de Saint-Nazaire étudie l’opportunité d’installer un démonstrateur sur sa zone portuaire. Et pour laquelle le groupe de travail instauré par l’opérateur français des réseaux de gaz à haute pression, qui rassemble 26 partenaires, vise à faire émerger la filière française.
Un chaînon manquant pour les déchets organiques liquides
Méthanisation, pyrogazéification, méthanation… Sur le marché, plusieurs procédés destinés à produire du gaz vert - du méthane (CH4) de synthèse produit à partir des déchets de biomasse - existent déjà. Mais ces derniers ont du mal à traiter les déchets liquides, complexes à éliminer proprement et sans dépense d’énergie superflue. Au contraire, “la gazéification hydrothermale vise tous les gisements liquides et humides : pour qu’elle fonctionne, la présence d’eau est indispensable”, vante Robert Muhlke, directeur en charge du sujet chez GRTGaz.
Là où d’autres procédés chercheront à évacuer l’eau avant toute transformation, la gazéification hydrothermale en fait son alliée. “C’est une technologie qui fonctionne à haute pression (plus de 220 bars) et à haute température (au moins 375°) car à ces niveaux, les propriétés de l’eau changent et elle devient très réactive”, décrit Robert Muhlke. En introduisant une matière carbonée diluée à 15-20%, “il est aisé d’extraire l'élément hydrogène de l’eau pour le combiner au carbone de la matière sèche et produire du gaz renouvelable”, explique l’ingénieur de GRTGaz, qui affirme convertir près de 90% du carbone présent dans les déchets. En sortie, le biogaz récupéré contient d’importantes quantités de méthane, mais aussi du dioxyde de carbone (CO2) et de l’hydrogène en proportion variable en fonction de la technologie choisie, avec ou sans catalyseur. Une étape finale d’épuration est donc nécessaire pour l’injecter sur le réseau.
Effluents d’élevage, boues de stations d’épuration, résidus agroalimentaires, liqueur noire issue des papeteries ou biodéchets liquides… Tous ces déchets organiques, dont le taux élevé en carbone pourrait intéresser la production de biogaz, ne sont aujourd’hui que peu valorisés faute de solution satisfaisante, pointent les acteurs de la GH. Une manne pour cette nouvelle filière, qui pourrait transformer jusqu’à 340 millions de tonnes (dont 100 aisément accessibles) de déchets liquides chaque année estime GRTGaz. Un chiffre amené à augmenter avec l’essor de la méthanisation, qui pourrait produire jusqu’à 400 millions de tonnes de digestat d’ici 2050 (contre 28 aujourd’hui) et dont la technologie promue par GRTGaz se veut complémentaire.
Modèle d’économie circulaire
L'épidémie de Covid-19 est venue appuyer la dynamique, expose Jean-Baptiste Castaing, chargé d’étude en écologie industrielle au Cerema Ouest. Face à un durcissement des réglementations concernant l’épandage des boues d’épuration, que la crise du Covid-19 a d’ailleurs renforcé, et à des critiques marquées contre l’incinération, la gazéification fait office de solution miracle. La haute température du procédé vient détruire les éventuels pathogènes et résidus médicamenteux des boues d’épuration, pour ne conserver que des éléments aisément réutilisables.
Modulaire et compacte, la gazéification hydrothermale se veut facile à installer, peut fonctionner en continu et propose un temps de conversion des déchets en ressources très rapide, de l’ordre de quelques minutes. Mais pour gagner des parts de marché, son principal avantage n'est pas là. Au-delà de stériliser les intrants liquides, la GH ne produit pas que du biogaz. Tout au long de la transformation, le procédé isole et écarte les composants inutiles à la réaction… qui peuvent eux-mêmes être réutilisés. “Au-delà du gaz riche en méthane nous récupérons des sels minéraux - par exemple du phosphore et du potassium qui sont réutilisables en agriculture - ainsi qu’une grosse quantité d’eau et d’azote soluble”, se félicite Robert Muhlke.
Calculer la bilan carbone final du gaz
Pour capitaliser sur cet atout, mais aussi en baisser les coûts, les promoteurs de cette nouvelle solution imaginent déjà d'intégrer de petites usines de gazéification dans des écosystèmes industriels locaux. Produit de la valorisation des effluents locaux (dans un rayon de quelques dizaines de kilomètres), “le gaz serait injecté dans des réseaux tandis que l’eau serait utilisée pour l’irrigation, les minéraux résiduels dans la fabrication de ciment et le phosphore dans celle de fertilisants. Ces derniers viendraient à leur tour générer des eaux usées alimentant la station d’épuration ! ”, esquisse Joël Tanguy, président du bureau conseil en valorisation des déchets Nevezus. De quoi imaginer des modèles d'affaires complexes, où la revente des sous-produits vient baisser les coûts du biogaz.
Les solutions doivent encore être développées et qualifiées avant de passer à l’échelle. Aux Pays-Bas, le démonstrateur industriel de SCW Systems est en service depuis 2018, mais le pays est très avancé et “tous les développeurs de cette techno ne sont pas au même stade d’avancement”, pointe Robert Mulkhe. Parmi les défis à relever, la stabilité des catalyseurs et la récupération efficace des minéraux sur le long-terme doivent être assurés. Autre enjeu : améliorer la récupération de chaleur du gaz pour doper le rendement énergétique du procédé, estimé entre 60 et 80% selon les architectures. Une métrique cruciale pour le bilan carbone final de ce gaz, que les acteurs n'ont pas encore évalué mais qui conditionnera son intérêt pour le climat.
Une industrie en France d'ici à 2025
Pour fédérer les acteurs et faire émerger une filière française, le groupe de travail lancé par GRTGaz s'est ouvert à toutes les bonnes volontés. Il compte déjà plusieurs spécialistes français du gaz (Engie, GRDF, Leroux & Lotz, Naskeo, Prodeval...) et de l’assainissement (Suez, Veolia, Vinci Environnement, Saur...), des bureaux d’études, laboratoires de recherche et collectivités locales. Sans oublier des acteurs étrangers, parmi lesquels la start-up suisse TreaTech, qui travaille sur la gazéification catalytique des boues d’épuration et a mis en service un pilote en septembre 2020. En France, seul un petit pilote est pour l’instant installé, au CEA Liten à Grenoble.
“Nous cherchons à industrialiser ces technologies en France au plus tard en 2025”, expose Robert Mulkhe. Le calendrier prévoit d’installer un premier démonstrateur pré-industriel (capable de traiter une tonne par heure) entre 2022 et 2023, avant de monter en puissance. Théoriquement, la gazéification hydrothermale pourrait permettre de produire 100 Twh de syngaz par an d’ici 2050, prévoit le groupe de travail. L’équivalent de près d’un quart de la consommation française actuelle.
Pour atteindre ces objectifs, le groupe de travail travaillera sur 8 thématiques parmi lesquelles la définition d’un cadre national pour soutenir la gazéification hydrothermale, l’identification de modèles d’affaires pertinents, ou le soutien aux initiatives sur le territoire. D’un point de vue scientifique, le groupe de travail devrait aussi se pencher sur la validation des différents intrants utilisables, l’amélioration des technologies ou encore l’identification des externalités environnementales positives comme négatives de la gazéification.
