Tant dans les usines de traitement des déchets solides et liquides (usines de biométhanisation) que dans les stations d’épuration des eaux usées, un gaz est produit, qui est un mélange de méthane, de dioxyde de carbone et d’autres impuretés, appelé biogaz. Comme la teneur en méthane du biogaz est d’environ 50 à 70 %, et qu’il ne peut pas être libéré dans l’atmosphère en raison de son fort potentiel de contamination (c’est l’un des principaux gaz à effet de serre), son pouvoir calorifique élevé rend intéressant de l’exploiter pour produire de l’énergie électrique (cogénération). Ainsi, la production et la réutilisation du biogaz permettent à ce type d’installations d’être de plus en plus autonomes sur le plan énergétique.
Cependant, l’un des principaux obstacles à l’utilisation du biogaz pour la production d’énergie électrique est la nature des impuretés qui l’accompagnent. Le sulfure d’hydrogène (H2S) est l’une des substances qui contaminent le biogaz le plus fréquemment et en plus grande quantité. C’est un composé corrosif qui attaque à la fois les infrastructures des installations où il est produit et les équipements chargés de produire l’énergie électrique. Sa concentration dans le biogaz peut varier entre 1 000 et 20 000 ppmv (parties par million en volume), tandis que pour pouvoir être utilisé dans des systèmes de cogénération d’énergie électrique, il ne peut pas contenir des concentrations de H2S supérieures à environ 400 ou 500 ppmv.
Les techniques de désulfuration utilisées jusqu’à présent reposent sur l’oxydation chimique du sulfure d’hydrogène dans des tours de lavage (scrubbers), connectées en série. Dans une première étape, avec une solution acide (H2SO4), une neutralisation est effectuée et ensuite, dans la deuxième étape, par le biais d’une solution alcaline de NaClO et NaOH, l’oxydation chimique est réalisée. Cette option entraîne une consommation élevée de réactifs et présente des difficultés techniques en raison de la présence d’autres espèces chimiques (carbonatation du CO2).
L’alternative à la solution traditionnelle est l’élimination du H2S par un processus entièrement biologique. Des filtres percolateurs sont utilisés, où à la surface du matériau de remplissage du filtre se forme une biofilm constitué de bactéries sulfuro-oxydantes, c’est-à-dire des microorganismes spécialisés dans l’oxydation de composés réduits de soufre, processus à partir duquel ils obtiennent l’énergie nécessaire à leur croissance. Ces bioréacteurs permettent d’éliminer le H2S à un coût d’exploitation extrêmement bas, sans l’utilisation de réactifs chimiques (avantage économique, de sécurité et environnemental) et offrent une efficacité d’élimination élevée et soutenue. Bien que le processus soit biologique, ces systèmes se sont révélés très stables en fonctionnement pendant de longues périodes et s’adaptent à la variabilité de la charge de contaminant à dégrader. Pour le démarrage du biofiltre percolateur, l’option efficace et la plus simple consiste à inoculer avec un mélange de liqueur du réacteur biologique d’une station d’épuration des eaux usées urbaines. Dans un laps de temps relativement court, une sélection des microorganismes en faveur des sulfuro-oxydants se produit et un rendement élevé d’élimination peut être obtenu une semaine après l’inoculation, toujours en fonction des charges à traiter.
Les coûts d’investissement d’un processus biologique de désulfuration par rapport au système chimique sont légèrement inférieurs en faveur du premier. Cependant, là où la différence est très notable, c’est dans les coûts d’exploitation, car aucun réactif chimique n’est utilisé et peu de déchets sont produits. Ce facteur rend économiquement viable la reconversion des systèmes chimiques traditionnels en systèmes biologiques.
