Plus de biogaz utilisable à partir de la boue d’épuration

Le méthane, un produit métabolique

Le principe de fonctionnement de la cellule d’électrolyse microbienne semble simple: la fermentation des boues d’épuration dans le fermenteur est alimentée en électricité. L’alimentation énergétique permet d’obtenir du biogaz brut avec une teneur en méthane plus élevée (fig. 3). Selon Fabian Fischer, le mécanisme moléculaire de la méthanisation n’a pas encore été définitivement élucidé. Des études scientifiques indiquent que les micro-organismes actifs dans le fermenteur (archées) peuvent absorber directement les molécules de CO₂, les électrons et les protons pour produire du CH₄ (méthane). Le processus métabolique des micro-organismes a lieu sur la cathode (fig. 4). Celle-ci est recouverte soit de nickel, soit de carbone hautement poreux (voir encadré). 

Même si les détails du procédé sont encore obscurs, les résultats des recherches menées à Sion confirment que la technologie MEC permet d’obtenir du biogaz brut à haute teneur en méthane, du moins à l’échelle du laboratoire. Le processus de fermentation se déroule à température ambiante. C’est un avantage car, contrairement aux fermenteurs traditionnels, l’ajout de chaleur n’est pas nécessaire. De l’énergie sous forme d’électricité est toutefois indispensable. Celle-ci est transformée en méthane avec une grande efficacité dans le processus MEC. En cas d’utilisation de courant continu, le rendement est de 80 à 96%, comme le suggèrent les valeurs de laboratoire issues de la littérature spécialisée. Selon les mesures effectuées par la HES-SO Valais-Wallis, le processus MEC nécessite une énergie électrique de l’ordre de 3 joules par millilitre de méthane (fig. 5). C’est 13 fois moins que l’énergie produite par la combustion de la même quantité de méthane.

Suréchantillonnage à l’échelle industrielle

Selon Fabian Fischer, la technologie MEC permet de produire plus de méthane avec la même quantité d’électricité que l’installation Limeco de Dietikon: «Le rendement plus élevé est dû au fait que le CO₂ formé à partir des boues d’épuration, est directement transformé en méthane par les microbes. Il n’est donc pas nécessaire de faire un détour par l’hydrogène, plus coûteux sur le plan thermodynamique, comme c’est le cas pour l’installation Limeco». Le procédé utilisé chez Limeco présente toutefois également des avantages: premièrement, il est déjà disponible aujourd’hui pour une utilisation commerciale et deuxièmement, il transforme entièrement le CO₂ contenu dans le biogaz brut en méthane. Concernant le procédé MEC, sur lequel on travaille à Sion, ce chiffre s’élève actuellement à environ 80%.

Le groupe de recherche valaisan travaille depuis 2004 sur la cellule d’électrolyse microbienne. Elle avait d’abord démontré leur fonctionnement sur un réacteur MEC de 30 litres de volume, puis, dans le cadre du projet de l’OFEN, sur deux types de réacteurs d’un volume de 50 litres chacun. Dans le cadre d’un projet ultérieur, un réacteur de recherche MEC d’un volume de 2000 litres sera construit et exploité. L’upscaling de l’installation doit démontrer la viabilité commerciale de la technologie MEC. Selon Fabian Fischer, il est prévu de créer une start-up qui industrialisera la technologie et trouvera des investisseurs à cet effet: «Nous travaillons sur une technologie destinée aux esprits pionniers. Elle pourrait être particulièrement intéressante pour les exploitants de STEP qui ne produisent pas encore de biogaz et qui souhaitent produire cette source d’énergie prometteuse à l’aide d’une technologie innovante».