Production de biométhane et de gaz naturel renouvelable à partir de systèmes de biogaz agricoles et alimentaires

Introduction

La présente fiche d'information décrit les possibilités liées à l'utilisation de biométhane et de gaz naturel renouvelable et à sa production à partir de systèmes de biogaz situés à la ferme et dans des entreprises de transformation des aliments en Ontario. Un système de biogaz alimente déjà des pipelines de gaz naturel au Canada (figure 1), et on en trouve quelques autres en Amérique du Nord et en Europe. Cette fiche d'information traite de certaines des répercussions initiales que pourrait entraîner la saisie de ces possibilités.

Qu'est-ce que le biométhane ou le gaz naturel renouvelable?

Le biométhane, carburant gazeux contenant entre 55 et 99 % de méthane, est produit à partir du biogaz résultant de la digestion anaérobie de matières organiques ou de gaz d'enfouissement. Le biométhane est un biogaz qui est raffiné par l'élimination des contaminants, comme le sulfure d'hydrogène, et de l'humidité. De plus, en débarrassant le biométhane du dioxyde de carbone (CO₂), on peut en faire un méthane presque pur. Le méthane est le principal constituant du gaz naturel classique. Le gaz naturel renouvelable est un biométhane qui a été épuré afin de répondre aux normes de qualité des pipelines de gaz naturel.

Pour de plus amples renseignements sur les rudiments de la production de biogaz à la ferme, lire la fiche technique du MAAARO Rudiments de la digestion anaérobie.

Combien d'énergie produit le biométhane provenant du fumier?

On estime que le fumier provenant d'une vache laitière produit, chaque année, une quantité de carburant permettant de parcourir 5 000 km en camionnette. Pour en arriver à ce résultat, on suppose que le fumier d'une vache laitière (y compris de ses veaux) produit quelque 1 350 m³ de biogaz par année et que 60 % de ce biogaz est du méthane.

Peut-on produire du biométhane à la ferme?

À l'heure actuelle, du biométhane est produit à l'installation de Catalyst Power, à une ferme laitière près d'Abbotsford, en Colombie-Britannique. Le système de biogaz a été mis en service en 2010. Le biogaz est produit dans quatre digesteurs anaérobies alimentés par du fumier liquide, de l'ensilage de maïs et des déchets alimentaires provenant des collectivités avoisinantes. Le biogaz est continuellement épuré afin de pouvoir être utilisé en remplacement du gaz naturel, produisant environ 110 000 gigajoules (GJ) par année. Le gaz ainsi épuré (gaz naturel renouvelable) est vendu à la société de distribution de gaz locale.

Comment le biométhane est-il utilisé?

Une fois créé, le biométhane peut être géré et utilisé à la place du gaz naturel ou d'autres carburants gazeux. Voici certaines des utilisations courantes du biométhane :

• Injection dans le pipeline de gaz naturel : Le biométhane qui a été transformé en gaz naturel renouvelable doit satisfaire à des teneurs maximales et minimales précises en ce qui concerne certains gaz, l'humidité et d'autres composants afin de pouvoir être injecté dans le pipeline. Il doit être mis sous pression, et diverses règles de sécurité et de mesure doivent être respectées. Une fois que le gaz naturel renouvelable est injecté dans le pipeline, on le considère tout simplement comme du gaz naturel. Selon les modèles contractuels, il peut être acheté par un utilisateur final ou par le service de distribution de gaz. En Ontario, le processus d'injection dans le pipeline est réglementé par la Commission de l'énergie de l'Ontario.
• Gaz comprimé pour les clients non reliés à un pipeline : Le biométhane ou le gaz naturel renouvelable peut être comprimé et entreposé dans des contenants sous pression qui peuvent être utilisés sur place ou ailleurs. Cette option peut s'avérer intéressante pour les utilisateurs de carburant qui emploient actuellement d'autres types de carburants plus coûteux pour chauffer leur serre ou leurs installations pour bovins, par exemple. En Europe, le gaz naturel renouvelable comprimé tiré du biogaz est transporté par remorque à des stations de ravitaillement pour véhicules dans des contenants sous pression. Les utilisateurs locaux du carburant possèdent des véhicules qui fonctionnent au gaz naturel ou qui ont été convertis pour fonctionner avec ce gaz. À d'autres endroits en Europe, un système de biogaz local est raccordé directement à une station de ravitaillement avoisinante, ce qui permet d'y acheminer le gaz naturel renouvelable sans passer par le pipeline de gaz naturel.
• Biométhane : Dans certains cas, le biogaz qui présente une teneur en méthane de seulement 60 % peut être utilisé à la place d'autres carburants. Il faut toutefois le débarrasser adéquatement de certains gaz contaminants et de la vapeur d'eau qu'il renferme. Les 40 % restants du volume de gaz (autre que le méthane) sont composés essentiellement de dioxyde de carbone, ce qui signifie que le carburant a une densité énergétique inférieure à celle du méthane pur. Un moteur, un appareil ou un système d'alimentation en carburant bien conçu peut en tenir compte efficacement. La figure 3 illustre un tracteur agricole prototype fonctionnant avec du biogaz présentant une teneur en méthane de 60 %. Le moteur peut fonctionner au moyen d'un mélange de biogaz et de diesel (ce qu'on appelle un système bicarburant). Le prototype tire de 70 à 80 % de ses 110 hp du biogaz épuré (contenant 60 % de méthane et 40 % de dioxyde de carbone). D'autres tracteurs prototypes de Steyr (Case) et de John Deere peuvent également fonctionner au biogaz.

Pourquoi envisager l'utilisation du gaz naturel renouvelable ou du biométhane?

Vu les récentes découvertes en matière de production de gaz de schiste, les prix du gaz naturel ont diminué et pourraient demeurer faibles comparativement aux prix des dernières années. Malgré cela, il existe un certain nombre de raisons pour lesquelles on peut envisager la production de gaz naturel renouvelable à partir d'un système de biogaz :

• Le gaz naturel renouvelable n'est pas un combustible fossile. Les consommateurs de carburant pourraient être intéressés à acheter un carburant émettant moins de gaz à effet de serre que le gaz naturel classique dérivé des combustibles fossiles. Par exemple, en 2011, une entreprise ontarienne de transformation des aliments a signé un accord pour l'achat de gaz naturel renouvelable dérivé de gaz d'enfouissement et son transport par le pipeline de gaz naturel afin que son usine de fabrication de biscuits puisse être alimentée à partir d'une source renouvelable.
• Utilisation efficace du biogaz. Lorsque le biogaz est généré pour d'autres usages (gestion des déchets, traitement des eaux usées), sa transformation en gaz naturel renouvelable permet une utilisation efficace de l'énergie du carburant, la quasi-totalité de cette énergie étant utilisée à des fins énergétiques. Par comparaison, la combustion de biogaz ou de gaz naturel renouvelable dans un système de cogénération pour produire de l'électricité peut entraîner des pertes et s'avérer inefficace si l'excès de chaleur n'est pas utilisé sur place.
• Disponibilité d'un raccord à la conduite de gaz. Un système de biogaz peut être installé à un endroit où la capacité du réseau électrique ne permet par de construire ou d'agrandir les installations. Le promoteur du projet peut alors déterminer si la conduite de gaz naturel peut être alimentée en gaz naturel renouvelable ou si d'autres utilisateurs de carburants gazeux pourraient vouloir acheter le gaz.
• Rapport coût-efficacité. Quoi qu'il en soit, il est impossible de produire du gaz naturel renouvelable à des prix aussi concurrentiels que les prix actuels du gaz naturel. Or, dans certains cas, l'utilisation du gaz naturel renouvelable peut concurrencer l'utilisation d'autres sources d'énergie, comme l'électricité, l'essence et le diesel. Cela peut être le cas aux endroits qui n'ont pas accès à du gaz naturel classique. L'utilisation de gaz naturel renouvelable peut aussi s'avérer une bonne façon de continuer à employer le matériel existant fonctionnant au gaz naturel (comme une chaudière ou une fournaise) tout en profitant des avantages que procure l'utilisation d'un carburant renouvelable, comme la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles.

Avantages pour l'environnement et la société d'utiliser le gaz naturel renouvelable provenant des systèmes de biogaz à la ferme et à base de matières alimentaires

En plus des avantages sur le plan du changement climatique associés à l'utilisation du méthane dérivé d'une source de combustible non fossile, lorsqu'il existe des marchés pour le gaz naturel renouvelable, l'exploitation de systèmes de biogaz à la ferme ou à base de matières alimentaires a des avantages qui comprennent les suivants :

Traitement des matières

• Réduction des émissions : L'entreposage, l'épandage ou l'élimination du fumier non traité et des déchets alimentaires peuvent produire des gaz à effet de serre ou des émissions contribuant au smog. En récupérant le dioxyde de carbone dans un système de biogaz et en l'utilisant comme gaz naturel renouvelable, on évite les émissions des processus traditionnels.
• Réduction des odeurs : Si le fumier et les déchets alimentaires utilisés dans les systèmes de biogaz étaient manipulés selon les autres méthodes classiques, ils contribueraient à l'émission d'odeurs. La combustion de ces matières dans un système de biogaz permet de réduire les odeurs, ce qui aide à diminuer les sources de nuisance dans les régions rurales et suburbaines.
• Réduction des agents pathogènes : L'exploitation d'un système de biogaz dont le fumier est le principal intrant entraîne une réduction des agents pathogènes (comme l'E. coli). La diminution des agents pathogènes à la source constitue un autre obstacle qui vient réduire les risques pour les sources d'eau potable souterraine et de surface, ce qui contribue à l'atteinte des objectifs liés à la protection des sources d'eau dans la province.

Gestion des déchets alimentaires et des sous-produits

• Élimination de l'enfouissement : En se servant de déchets alimentaires pour produire le biogaz, on évite l'enfouissement des déchets alimentaires et des sous-produits de la transformation des aliments. Bien qu'on puisse retenir une partie des émissions du méthane provenant des sites d'enfouissement une fois ceux-ci recouverts, il est beaucoup plus efficace de récupérer tout le méthane directement et de l'employer dans un système de biogaz.
• Réduction des coûts de gestion des déchets pour le secteur alimentaire : L'utilisation des déchets alimentaires et des sous-produits dans les systèmes de biogaz permet habituellement de réduire les coûts de manipulation en deçà des coûts associés à d'autres approches de gestion (enfouissement, compostage et épandage). Les approches traditionnelles de gestion des déchets peuvent s'avérer coûteuses, puisque les déchets alimentaires peuvent être humides, détrempés et odorants, et qu'ils peuvent être générés en hiver (exigeant des solutions d'entreposage). Les systèmes de biogaz éliminent tous ces problèmes et peuvent représenter une bonne solution à un coût moindre. Ainsi, le secteur alimentaire de l'Ontario peut éliminer certains coûts et demeurer concurrentiel par rapport aux autres compétences.
• Retour des éléments nutritifs et du dioxyde de carbone à la terre : Lorsque les déchets alimentaires sont utilisés dans les systèmes de biogaz et que le digestat est retourné dans les champs agricoles pour être épandu comme du fumier, des éléments nutritifs, tels que l'azote, le phosphore et le potassium, sont retournés au sol. La partie indigeste du dioxyde de carbone dans les déchets alimentaires contribue aussi à la santé du sol, l'enrichissant en matières organiques. Il s'agit là d'une meilleure solution que l'enfouissement des déchets alimentaires et leur rejet dans les égouts, qui entraînent la perte des éléments nutritifs et du dioxyde de carbone.

Développement économique rural

• Production locale de carburant : Au lieu de se procurer de l'énergie d'autres compétences, les entreprises locales se convertissent en producteurs de carburant, ce qui permet de conserver les dollars investis dans l'énergie dans la province.
• Synergies locales : L'installation de systèmes de biogaz près des sources de déchets ou de la destination des produits finaux permet de conserver les emplois, le transport et les recettes fiscales dans la collectivité. Cette approche permet de boucler la boucle en ce qui concerne le système de production alimentaire et d'agriculture.

Construction d'un système de biométhane ou de gaz naturel renouvelable à la ferme

Un système de biogaz à la ferme conçu pour la production de biométhane ou de gaz naturel renouvelable ressemble en bien des points à un système de biogaz électrique traditionnel. Les systèmes de biogaz produisant du gaz naturel renouvelable présentent toutefois quelques différences clés (en plus de l'absence d'équipement de production d'électricité) :

• Emplacement près d'une conduite de gaz naturel : Dans le cas d'un système alimentant le pipeline de gaz naturel en gaz naturel renouvelable, il est nécessaire d'installer le système à un endroit où il sera possible de le raccorder au pipeline. À bien des endroits en milieu rural ontarien, il n'existe aucun service de distribution de gaz naturel. Par conséquent, l'injection dans le pipeline peut ne peut s'avérer viable pour de nombreuses exploitations d'élevage du seul fait de leur emplacement.
• Grande taille : En général, la technologie d'amélioration actuellement disponible sur le marché exige un taux de production de gaz supérieur à celui que présentent la plupart des systèmes de biogaz à la ferme construits en Ontario aujourd'hui. En Ontario, on peut parvenir à construire un système assez important en combinant des matières de source non agricole, des cultures énergétiques et un mélange de fumier provenant de multiples exploitations afin de produire suffisamment de biogaz.

Par ailleurs, on peut peut-être concevoir des modèles où le biométhane ne serait pas injecté dans un pipeline, mais servirait plutôt à ravitailler les véhicules ou remplacerait le carburant gazeux et serait donc transporté par remorque sous forme de gaz comprimé. Les processus d'approbation réglementaire pour de tels systèmes devront être étoffés. De plus, les facteurs suivants peuvent s'appliquer à la construction et à l'exploitation d'un système de biométhane à la ferme :

• Variabilité saisonnière : Peu d'utilisateurs de carburant ont des besoins quotidiens constants. Vu les variations quotidiennes ou saisonnières dans la demande en carburant, il faut être en mesure de changer les taux d'approvisionnement en intrants du système de biogaz ou de trouver d'autres usages à l'excédent de biogaz.
• Entreposage accru de biogaz : Que l'utilisateur final du gaz soit une entreprise de transformation des aliments ou un parc de véhicules, des variations quotidiennes dans la consommation de carburant sont probables si l'on tient compte des fins de semaine et des jours fériés, de même que des changements dans les activités commerciales. Il peut donc être nécessaire d'entreposer du gaz sous pression ou non, sur place ou à l'emplacement de l'utilisateur final, afin de faciliter la production quotidienne continue de biogaz.

Conclusions

La présente fiche d'information donne un aperçu de la production de biométhane et de gaz naturel renouvelable. Ces débouchés possibles pour le biogaz peuvent constituer une nouvelle avenue pour profiter des avantages économiques et environnementaux associés aux systèmes de biogaz à la ferme et à base de matières alimentaires. Il reste cependant du travail à faire pour démontrer la chaîne de valeur économique, les besoins techniques, les répercussions réglementaires et la viabilité de ces approches.