Academic literature on the topic 'Biogaz. biométhane. gaz d'ISDND'

La digestion des boues de station d’épuration suscite de plus en plus d’intérêt auprès des collectivités. Ce procédé biologique permet en effet de réduire de façon importante le volume des boues produites, de les stabiliser et de générer du biogaz. Ce biogaz peut être valorisé sous forme d’énergie thermique et/ou électrique, être utilisé comme biocarburant, ou être injecté dans le réseau de gaz de ville depuis juin 2014, avec la modification de l’arrêté du 23 novembre 2011. Motivée par cette évolution réglementaire, cette étude a permis de réaliser un état des lieux des pratiques actuelles en France concernant la digestion des boues d’épuration. Les résultats présentés ont été obtenus à la suite d’une enquête réalisée auprès des exploitants de stations d’épuration équipées d’une filière de digestion. 96 installations de ce type ont pu être répertoriées en France métropolitaine. Les réponses au questionnaire technique envoyé ont permis d’identifier les pratiques majoritaires ainsi que les problèmes rencontrés en exploitation. Les digesteurs sont alimentés principalement avec un mélange de boues primaires et de boues secondaires, et sont conçus pour fonctionner en chauffant les boues à 37 °C ou 55 °C grâce au biogaz produit. Bien que les exploitants ajoutent parfois des graisses au mélange, la codigestion reste peu utilisée du fait des contraintes réglementaires. Les performances obtenues en matière de réduction du volume des boues et de production de biogaz ont pu être déterminées et reliées à la nature des boues introduites. Malgré quelques difficultés liées au bouchage de canalisations par des filasses, à la gestion des retours en tête chargés en azote ou au respect des normes de qualité du biogaz et des boues déshydratées, les exploitants se disent globalement satisfaits et un nombre croissant de projets de digestion a pu être mis en évidence. Le biogaz produit est désormais majoritairement valorisé afin de produire de l’énergie en plus de chauffer le digesteur et, à fin 2018, huit stations ont déjà opté pour l’injection de biométhane épuré dans les réseaux de distribution de gaz.

Si les stations d’épuration remplissent parfaitement leur fonction première, à savoir traiter les eaux usées de manière performante, cela se fait en consommant une quantité d’énergie significative. La consommation d’électricité des secteurs de l’eau et de l’assainissement représente 3,5 % de la consommation totale d’électricité dans l’Union européenne. L’enjeu pour les installations de traitement est aujourd’hui d’atteindre l’autosuffisance en énergie, de réduire les émissions carbones et d’explorer toutes les possibilités permettant de maîtriser les consommations d’énergie. La digestion anaérobie et l’injection du biogaz dans le réseau de gaz naturel offrent de nouvelles opportunités qui progressent rapidement. Près de 144 GWh /an (retours d’expérience Gaz réseau distribution France GRDF) sont déjà injectés pour un potentiel estimé à plus de 1 500 GWh/an. La production d’énergie renouvelable issue du biogaz est un des leviers majeurs qui permettra à la filière de l’eau d’atteindre la neutralité carbone et l’autosuffisance énergétique. Le présent article présente la production d’énergie réalisée par la station d’épuration d’Angers Loire Métropole, qui injecte, depuis juin 2017, dans le réseau public de distribution de gaz naturel opéré par GRDF, le biométhane obtenu après purification du biogaz issu de la digestion des boues. La quantité d’énergie injectée dans le réseau, 15 000 MWh/an et bientôt 18 000 MWh/an après substitution du biogaz consommé pour le process par la chaleur fatale présente sur le site, peut être comparée à la consommation d’électricité annuelle : 8 660 MWh puis 9 030 MWh après augmentation de la quantité injectée. Compte tenu du coefficient de conversion de l’électricité en énergie primaire utilisé en France dans le cadre de la réglementation thermique de 2012 (RT2012), égal à 2,58, l’autonomie de la station atteindra prochainement 78 %. Les gains supplémentaires pourront résulter de l’amélioration du rendement de digestion, objet de programme de recherche, et éventuellement de la mutualisation de l’outil si la réglementation relative au mélange des boues évoluait de façon à autoriser ce mélange en méthanisation.

Afin d’accroître les connaissances sur les composés traces présents dans les biogaz et biométhane et de garantir l’intégration durable de ces gaz dans le mix énergétique européen, une chaîne analytique complète a été développée dont un élément central est un dispositif d’échantillonnage de terrain permettant la préconcentration directe in situ des composés traces en prélevant ces gaz à leur pression actuelle (≤ 200 bara). Les composés traces ciblés dans ce travail incluent : alcanes (linéaires, cycliques, polycycliques), aromatiques, terpènes, alcènes, espèces organiques halogénées, espèces organiques oxygénées (alcools, aldéhydes, esters, éthers, cétones), siloxanes, composés soufrés organiques et inorganiques.L’état de l’art des techniques de prélèvement de gaz et de préconcentration pour la détermination de composés traces dans des matrices gazeuses a premièrement été réalisé. Sur base de cette étude, il fut choisi d’effectuer la préconcentration sur des tubes d’adsorbants multi-lits (TAM) assemblés manuellement. Le système de préconcentration fut élaboré et optimisé au laboratoire en sélectionnant des adsorbants commerciaux; les procédures d’assemblage et de conditionnement des nouveaux TAM furent établies; l’efficacité de quatre configurations de TAM à adsorber et libérer des composés traces ciblés fut testée en utilisant des mélanges de gaz synthétiques certifiés contenant des composés à l’état de traces (1 ppmmol) dans une matrice N2 ou CH4. Les analytes préconcentrés sur les TAM sont récupérés par désorption thermique (DT) des tubes au moyen d’un nouveau prototype de DT pour être analysés par chromatographie en phase gazeuse (CG) couplée à la spectrométrie de masse (SM).Deuxièmement, la méthode analytique et le prototype de DT ont été validés. Il fut démontré que le pouvoir résolutif du prototype de DT était plus élevé que celui obtenu par d’autres techniques de préconcentration ou d’autres méthodes d’injection en CG, telles que la microextraction en phase solide ou l’injection directe de gaz. Par ailleurs, les paramètres de CG-SM furent optimisés pour détecter le large spectre de composés traces potentiellement présents dans le biogaz et biométhane.Troisièmement, un prototype haute-pression innovant fut évalué, permettant le prélèvement de gaz pressurisés (≤ 200 bara) à travers les TAM pour la préconcentration directe et sous haute-pression des composés traces présents dans ces gaz. Ce prototype fut validé au laboratoire au moyen de mélanges de gaz synthétiques pressurisés avant d’être utilisé sur le terrain pour prélever du biométhane à 40 bara au niveau d’un poste d’injection dans le réseau de gaz naturel.Ensuite, la chaîne d’échantillonnage fut assemblée pour mener 6 campagnes de prélèvement durant lesquelles 6 flux différents de biogaz et biométhane furent prélevés sur une installation de stockage de déchets non dangereux et deux sites de méthanisation valorisant divers intrants. Les composés traces de ces gaz furent qualitativement déterminés via la méthode de DT-CG-SM élaborée. En un unique prélèvement et utilisant des volumes de gaz réduits (0.5 – 2 LN), un large spectre de composés traces issus de diverses familles chimiques (alcools, aldéhydes, alcènes, aromatiques, alcanes, esters, éthers, halogénés, cétones, soufrés, siloxanes et terpènes) furent identifiés. Des variations de composition en composés traces furent observées dans les différents gaz et les corrélations potentielles entre intrants, procédés de traitement des gaz et composés traces identifiés, furent discutées. La génération du mono-terpène p-cymène et d’autres terpènes dans les méthaniseurs digérant surtout des résidus alimentaires, a notamment été mise en évidence. La procédure de préconcentration haute-pression in situ développée dans ce travail peut certainement contribuer à faciliter les opérations de prélèvements de gaz sur le terrain pour déterminer les composés traces dans des matrices gazeuses telles que le biogaz et le biométhane
In pursuance of enhancing knowledge on biogas and biomethane’s trace compounds to help guarantee their sustainable integration in today’s European energy mix, a field sampling set-up enabling direct in situ preconcentration of non-metallic trace compounds in such gas samples at their pipe working pressure (up to 200 bara) was developed. Non-metallic trace compounds targeted in this work included alkanes (linear, cyclic, polycyclic), aromatics, terpenes, alkenes, halogenated organic species, oxygenated organic species (alcohols, aldehydes, esters, furans and ethers, ketones), siloxanes, organic and inorganic Sulphur-compounds. Firstly, state-of-the-art gas sampling and preconcentration techniques for the determination of trace compounds in gaseous matrices were reviewed. Based on this review, preconcentration was chosen to be performed on self-assembled multibed adsorbent tubes (MAT). The preconcentration system was elaborated and optimized in the laboratory: convenient commercial adsorbents were selected; procedures for the assembly and conditioning of new MAT were established; four MAT configurations were tested on their efficiency in adsorbing and releasing targeted trace compounds using certified synthetic gas mixtures containing targeted species at trace concentrations (1 ppmmol) in CH4 or N2 matrices. Analytes preconcentrated on MAT were recovered for analysis by thermal desorption (TD) of the tubes using a new TD prototype followed by gas chromatography (GC) hyphenated with mass spectrometry (MS) (TD-GC-MS). Secondly, the analytical method, and in particular the new TD prototype, was validated. The chromatographic resolution power of the new TD prototype was proved to be higher than that obtained from other well established preconcentration or GC-injection methods such as solid phase microextraction or direct headspace gas injection. Besides, GC-MS parameters were optimized to detect the broad range of trace compounds potentially found in biogas and biomethane.Thirdly, the use of a novel high-pressure tube sampling (HPTS) prototype was evaluated for the circulation of pressurized gases (up to 200 bara) through MAT for the direct high-pressure preconcentration of trace compounds from such gases. The HPTS was first validated in the laboratory using pressurized certified synthetic gas mixtures, and then used on field to sample compressed biomethane at a natural gas grid injection station at 40 bara.Subsequently, the field sampling chain was set-up and 6 field sampling campaigns were conducted where 6 different streams of landfill gas, biogas and biomethane were collected at a landfill plant and two anaerobic digestion plants treating diverse feedstocks. Trace compounds were qualitatively determined in all gas samples via the developed TD-GC-MS method. In a single sampling run and using limited gas volumes ranging 0.5 – 2 LN, a wide range of trace compounds in a variety of chemical families (alcohols, aldehydes, alkenes, aromatics, alkanes (linear, cyclic and polycyclic), esters, furans and ethers, halogenated species, ketones, Sulphur-compounds, siloxanes and terpenes) were identified. Variations in trace compounds composition were observed in the different gases sampled and potential correlations between feedstocks nature, implemented gas treatment processes and trace compounds determined were discussed. In particular, the substantial generation of the mono-terpene p-cymene and of other terpenes was evidenced for anaerobic digestion plants treating principally food-wastes. It is believed the shortened and high-pressure-proof field preconcentration procedure developed in this work can contribute facilitating field sampling operations for the determination of trace compounds in complex gas matrices such as biogas and biomethane

Dans ce mémoire, nous investiguons le niveau d’intérêt de la clientèle résidentielle de Gaz Métro pour remplacer une partie de leur consommation de gaz naturel par du biométhane. Plus particulièrement, nous tentons d’identifier les caractéristiques pouvant expliquer un intérêt plus ou moins important pour le paiement d’un supplément pour consommer du biométhane. L’analyse se base sur un échantillon de 200 clients de Gaz Métro. Ces données ont l’avantage de fournir beaucoup d’information sur les caractéristiques socio-économiques des répondants, incluant le niveau de revenu, le niveau d’éducation ainsi que la taille du ménage. Afin de décomposer l’effet de chacune de ces caractéristiques sur l’intérêt pour le biométhane (exprimé sous forme de variables discrètes), la méthode économétrique retenue repose sur un modèle logit multinomial ordonné. Nous découvrons un lien positif entre l’intérêt à payer un supplément pour consommer le biométhane et le fait d’avoir un revenu élevé, d’être jeune ainsi que la sensibilité environnementale. À l’inverse, le fait d’être plus âgé a un effet négatif sur l’intérêt pour le biométhane.

Le gaz naturel représente environ 20% de la consommation énergétique mondiale et cette part est attendue à la hausse dans les prochaines années en raison de la transition énergétique. Pour des raisons économiques et stratégiques, et afin de réguler les demandes d’énergie entre l’été et l’hiver, le gaz naturel est stocké temporairement dans des réservoirs souterrains, notamment des réservoirs aquifères. Les opérations d’injection et de soutirage du gaz mettent donc en contact des espèces gazeuses, liquides et solides, et rendent potentiellement possibles de nombreux phénomènes de transferts d’espèces chimiques d’un milieu vers un autre. Ainsi, bien que composé majoritairement de méthane (70-90%vol), le gaz naturel peut présenter des concentrations variées d’éléments trace métalliques (arsenic, mercure, plomb…). Compte tenu du caractère néfaste de ces composés, à la fois pour les installations industrielles et pour l’environnement, il est de la première importance de connaître l’impact de la composition chimique du gaz sur l’aquifère.Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s’inscrivent dans ce contexte et ont eu pour objectif de caractériser les matrices gaz/eau/roche ainsi que les interactions qui existent entre elles, avec pour centre d’intérêt principal les éléments trace métalliques.Pour cela nous avons fait porter nos efforts sur l’optimisation (i) des conditions d’utilisation d’un banc de prélèvement ATEX, basé sur le principe de barbotage, et (ii) des méthodes de piégeages des métaux lourds puis d’analyses employées. Ce dispositif unique permet d’échantillonner les métaux présents dans un gaz naturel sous pression (100 bar maximum). Utilisé sur des sites industriels, ce banc a permis de mesurer et suivre sur plusieurs années la composition chimique en éléments trace métalliques du gaz naturel, mais aussi ponctuellement d’un biogaz et d’un biomethane. En effet, Ces deux derniers gaz ont vocation à réduire l’utilisation des énergies fossiles, celle du gaz naturel en particulier. Les biométhanes sont donc amenés à parcourir les mêmes réseaux de transport et à séjourner dans les mêmes sites de stockage que ceux utilisés pour le gaz naturel.En complément de la caractérisation de la phase gazeuse, nous nous sommes intéressés aux évolutions des compositions chimiques des phases aqueuse et minérale du stockage souterrain, sans pouvoir identifier de mécanisme de transfert spécifiquement lié aux activités de stockage de gaz
Natural gas represents 20% of energy consumption in the world. This percentage is expected to increase in the next years due to the energy transition. For economic and strategic concerns, and in to regulate energy demand between summer and winter, natural gas might be stored in underground storages like aquifers. Consequently, injection and drawing operations favour contact between gaseous, liquid and solid species and make possible transfer phenomena of chemical species from one matrix to another. In addition, even though natural gases are composed essentially of methane (70-90%vol), they can also show various metallic trace element concentrations (mercury, arsenic, tin…). According harmful effects of these compounds on industrial infrastructures and on environment, knowing impacts of natural gas composition on aquifer storage is crucial.The different tasks of this thesis are incorporated within such a context with the objective to characterize gases-waters-rocks matrices and their potential interactions, focusing on metallic trace elements.Therefore, we have focused a part of this PhD thesis on the optimisation of conditions of use (i) of a in EX zone 0 sampler device, working according to the principle of bubbling and (ii) of trapping methodology as well as analytic methods. This unique device allows metal sampling from natural gases up to 100 bar pressure. Its use on industrial sites has permitted to measure and monitor during several years the metallic trace element chemical compositions of a natural gas and also more limited biogas and a biomethane analysis. Indeed, these two last gases are designed to reduce fossil fuel consumption particularly natural gas one. Biomethanes are led to use the same transportation network and to be temporarily stored in the same way as natural gaz. In addition of the gaseous phase, we have taken interest in the water and the mineral phases to characterize their chemical composition evolutions in time, without identify specific transfer mechanisms in touch with gas storage activity