La biométhanisation est un processus dans lequel une sélection naturelle de microorganismes décompose par une digestion anaérobie la matière organique, en l’absence d’oxygène, en biogaz et un résidu solide stabilisé (environ, la moitié en poids par rapport au résidu de départ). Le biogaz, qui est un mélange de méthane, de dioxyde de carbone et d’autres gaz minoritaires, peut être utilisé comme combustible puisque, bien que sa composition dépende de la matière organique digérée, la richesse en méthane est généralement d’environ 60%.
Afin que le processus de digestion anaérobie soit étudié depuis le milieu du siècle dernier, son application pour le traitement de la fraction organique des déchets solides urbains (FORSU) est relativement récente. En fait, la mise en place de la collecte sélective des déchets, avec la séparation de la fraction organique, a été l’une des causes qui ont poussé au développement de nouvelles voies de traitement. La FORSU se caractérise par une humidité élevée, ce qui fait que des sorties typiques comme l’incinération ou la mise en décharge ne sont pas les plus appropriées.
Ainsi, les traitements les plus intéressants pour la fraction organique sont deux : la biométhanisation et le compostage, avec leurs variantes respectives. L’avantage principal de la première technique par rapport à la seconde est le fait qu’il s’agit d’une technologie qui non seulement ne consomme pas d’énergie, mais en produit. De plus, il s’agit d’une énergie renouvelable qui contribue à la réduction de la production de gaz à effet de serre. Ce bilan énergétique a évidemment un impact positif sur les coûts d’exploitation. En outre, la digestion anaérobie est une technologie particulièrement adaptée au traitement des déchets solides avec un degré d’humidité élevé et qui nécessite un équilibre de nutriments moins strict que le compostage. Cela fait que dans le cas d’un manque de disponibilité de déchets d’origine végétale, la digestion anaérobie peut être techniquement plus appropriée. En revanche, le processus de biométhanisation est plus complexe, car il nécessite plus d’étapes de processus depuis que la fraction organique entre dans l’installation. Cela se traduit par un investissement initial plus important pour sa mise en œuvre.
Dans le processus de biométhanisation, il a été constaté que dans la plupart des cas, une plus grande quantité de biogaz est produite, et avec une richesse plus élevée en méthane, si le substrat à digérer est un mélange de FORSU et de boues d’EDAR, ce que l’on appelle la codigestion. Les boues d’EDAR sont une source très importante de nutriments et en plus dans une proportion très équilibrée.
Le processus de biométhanisation commence par l’alimentation du substrat organique (FORSU, boues d’EDAR ou un mélange des deux) dans le digesteur anaérobie, qui fonctionne avec un temps de résidence d’environ 20-25 jours. Du digesteur sortent deux effluents, l’un gazeux, le biogaz ; et l’autre liquide, le fango digéré avec une concentration de 5% en poids. Le fango digéré, déjà stabilisé, peut être utilisé dans des applications agricoles comme fertilisant (compost), une fois qu’il est déshydraté. Dans le processus de déshydratation, généralement par filtration ou centrifugation, on parvient à concentrer jusqu’à environ 25-35% de sécheresse. La fraction liquide obtenue lors de la déshydratation devra être traitée correctement, car sa charge, surtout en azote et en phosphore, est élevée. Une alternative consiste à traiter ce flux par un processus biologique de purification, qui nécessitera l’ajout d’une source de carbone externe pour permettre la croissance de la biomasse. Une autre option, encore plus durable, consiste à concentrer la fraction liquide de la déshydratation par un processus d’évaporation sous vide, en utilisant l’énergie thermique résiduelle produite lors de la transformation du biogaz en électricité (cogénération). Le biogaz est généralement utilisé pour produire de l’électricité par des moteurs à combustion ou des microturbines.
Dans les deux cas, en raison de la production d’énergie électrique, une chaleur résiduelle est nécessaire à éliminer. Cette chaleur peut être utilisée efficacement pour préchauffer le substrat d’entrée dans le digesteur et ainsi maintenir celui-ci en fonctionnement constant à la température optimale d’opération (36 ºC dans la digestion anaérobie mésophile et entre 45 ºC et 65 ºC dans le cas de la thermophile) tout en évaporant l’eau de la fraction liquide de la déshydratation. Comme résultat de cette évaporation-concentration, on obtient un résidu pratiquement sec, avec une réduction de poids d’environ 75%, et un flux d’eau de grande pureté.
Ainsi, la fraction organique des déchets solides urbains peut être revalorisée par une installation de biométhanisation, durable et énergétiquement autonome. Cette installation peut être conçue et exploitée de manière à transformer la FORSU en compost, qui a des débouchés dans des applications agricoles, en électricité, apte à être vendue au réseau électrique général, et en eau de haute pureté.
