Le projet proposé se positionne dans la continuité des recherches réalisées par l’équipe TIM de TBI depuis 2008 sur le traitement du biogaz par des procédés physiques d’absorption à l’eau sous pression. Ces travaux ont été soutenus par la région Midi Pyrénées de 2009 à 2012 sur convention FEDER, puis par l’ADEME de 2013 à 2016 sur appel à projet Eco-Innov avec le financement de la thèse de David BENIZRI soutenue en Février 2016.

A ce jour, ces travaux ont conduit à la publication d’une thèse, de 2 brevets et 2 articles publiés :

  • Hébrard, G., 2011. Dispositif de récupération de dioxyde de carbone à partir de biogaz FR1152055

  • Hébrard, G., Benizri, D., Dietrich, N., Labeyrie, P.; 2014. Dispositif de séparation de constituants gazeux contenus dans un mélange gazeux et son utilisation pour la séparation de méthane et de dioxyde de carbone FR1451934 – WO2015135921(A1).

  • Benizri, D., Dietrich, N., Hébrard, G., Experimental characterization of multi-component absorption in complex liquid: new method and apparatus. CES, Chemical Engineering Science 2017, 170, 116–121.

  • Benizri D., Dietrich N., Labeyrie P., Hébrard G. A compact, economic scrubber to improve farm biogas upgrading systems, Separation and Purification Technology 219 (2019) 169–179.

En France, sur cette période, peu d’équipes de recherche académiques se sont penchées sur l’épuration du biogaz par des techniques d’absorption à l’eau sous pression. L’Ecole Centrale de Paris a travaillé sur la mise au point d’une technique membranaire gaz/liquide pour l’épuration du biogaz (Thèse de V. FOUGERIT,2017). A ce jour ces travaux n’ont pas abouti à l’élaboration d’un dispositif industriel standard permettant de traiter de petits débits de biogaz en entrée d’épurateur.

Dans les recherches conduites par les sociétés privées Françaises, on retrouve AIR-LIQUIDE qui a œuvré sur le développement de techniques membranaires en cascades, employées pour le traitement de débits de gaz compris entre 100 et 10.000 Nm3/h, et la société CHAUMECA, aujourd’hui disparue, qui a proposé des installations d’absorption à l’eau sous pression pour des débits de biogaz allant de 100 à 1.200 Nm3/h.

En Europe, on retrouve des sociétés comme ENVITEC BIOGAS, Bright Biomethane, Bioenergy 2020+ qui travaillent avec la technologie membranaire et DMT qui travaille avec la technique d’absorption à l’eau sous pression et du PSA. Toutes ces compagnies proposent des solutions d’épuration de biogaz pour des débits de biogaz supérieurs à 100 Nm3/h. A ce jour aucune compagnie européenne ne se positionne sur le créneau des petits débits de biogaz ; idem pour les compagnies américaines telles que BIOFERM qui proposent toujours des installations adaptées à des débits supérieurs à 100 Nm3/h.

Il n’existe donc pas de dispositif industriel standard pour l’épuration de débit de biogaz inférieur à 100 Nm3/h et les installations de méthanisation plus petites sont nécessairement dotées de dispositifs d’épuration surdimensionnés et donc inutilement coûteux. Comme l’indiquent Shivali SAHOTA et al. (2018) dans leur revue sur l’évolution future des techniques d’épuration de biogaz, la limitation des technologies aux petits débits de biogaz tient au fait qu’il est nécessaire de maintenir pour une petite installation le même niveau de capteurs, de valves, de systèmes de contrôle que pour une grosse installation, conduisant à des coûts d’investissement trop importants comparativement à la production attendue. Pour être compétitif, le coût de l’installation est estimé par les auteurs à 0,20 voire 0,30€ par Nm3 de biométhane produit. Néanmoins les auteurs pensent que le développement d’épurateur pour les petits débits de biogaz à traiter est l’avenir partout dans le monde ; leur suggestion est de proposer des installations dont les coûts d’investissement et de fonctionnement seraient réduits par simplification de la technologie et diminution des exigences en matière de purification. Leur conclusion finale est donc d’orienter les techniques d’épuration du biogaz vers (i) des technologies hybrides, (ii) limitant les pertes de CH4 en sortie, (iii) limitant la consommation énergétique, (iv) capables de traiter de petits débits, (v) éco-compatibles.

Enfin, il convient de noter que très peu d’installations de méthanisation se sont dotées de capacités à épurer le bioCO2 et aucune proposition n’est faite aujourd’hui en dessous d’un débit de 400 m3/h. Actuellement, ce gaz est rejeté à l’atmosphère alors que celui-ci pourrait se substituer au CO2 produit industriellement, ou être utilisé pour la méthanation de l’hydrogène et la production de méthane synthétique.

Le projet proposé se positionne donc sur des perspectives d’évolution d’un procédé d’épuration simple, nécessitant de faibles investissements et moyens de fonctionnement, permettant de traiter de faibles débits de biogaz avec une limitation des consommations énergétiques et une bonne acceptabilité environnementale.

Dans cette optique, SINGHAL et al. (2017) mentionnent l’absorption à l’eau comme une technique d’épuration de biogaz, simple, économique et efficace. Au regard des lectures comparatives proposées ces dernières années (Jacob NIESNER et al. (2013), SINGHAL et al. (2017)) il a été retenu l’absorption à l’eau sous pression pour envisager d’atteindre ces objectifs.

  • Jacob NIESNER et al. 2013 Biogas Upgrading Technologies: State of Art Review in European Region” CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS VOL. 35, 2013

  • Singhal, S., Agarwal, S., Arora, S., Sharma, P., Singhal, N., 2017. Upgrading techniques for transformation of biogas to bio-CNG: a review. Int. J. Energy Res.https://doi.org/10.1002/er.3719.

  • Shivali Saota et al. 2018 “Review of trends in biogas upgradation technologies and future perspectives” Bioresource Technology Reports 1 (2018) 79–88.