Épuration du biogaz : membranes, PSA, lavage à l’eau et amines — comparaison

Les quatre technologies les plus courantes d’épuration du biogaz en biométhane sont les membranes, l’adsorption par variation de pression (PSA), le lavage à l’eau et le lavage aux amines. Toutes séparent le CO₂ du méthane, mais diffèrent par leur mécanisme, le type d’énergie consommée, les pertes de méthane et la qualité du CO₂ en sortie. La comparaison ci-dessous est de nature qualitative : les paramètres concrets sont fournis par les offres et les études pour un système donné.

Principes de fonctionnement

Membranes. Modules composés de fibres ou de feuilles sélectives, à travers lesquelles le CO₂ (ainsi que la vapeur d’eau et une partie des autres gaz) traverse plus rapidement que le CH₄. La séparation s’effectue sous pression, généralement en plusieurs étages avec recirculation du flux. Description dans le texte Épuration membranaire].

PSA (adsorption par variation de pression). Lit d’adsorbant (par exemple, charbon actif ou tamis moléculaires) qui retient sélectivement le CO₂ sous pression, la régénération s’effectuant par abaissement de la pression. Fonctionnement cyclique dans plusieurs colonnes. Description : PSA dans l’épuration].

Lavage à l’eau. Le biogaz sous pression entre en contact avec l’eau dans une colonne ; le CO₂ se dissout dans l’eau bien mieux que le CH₄. L’eau est régénérée par abaissement de la pression et soufflage d’air. Description : Lavage à l’eau].

Lavage aux amines. Le CO₂ se lie chimiquement à une solution d’amines dans l’absorbeur. Le solvant est régénéré par chauffage dans le désorbeur, ce qui nécessite de la chaleur, et le CO₂ est obtenu relativement pur. Description : Lavage aux amines].

Comparaison

Les pertes de méthane constituent un paramètre clé : au-delà de la perte de matière première, elles impliquent une émission de gaz à effet de serre ou la nécessité d’une postcombustion. L’ampleur du phénomène est décrite dans le texte Fuite de méthane dans l’épuration].

Énergie

Les technologies sous pression (membranes, PSA, lavage à l’eau) consomment principalement de l’énergie électrique pour la compression, et leur consommation dépend de la configuration. Les amines nécessitent de la chaleur, ce qui les rend plus avantageuses lorsque de la chaleur basse température bon marché est disponible, par exemple de la chaleur fatale. Le bilan de consommation d’énergie est abordé dans le texte Consommation d’énergie dans l’épuration]. Pour comparer, il convient d’additionner les consommations d’énergie électrique et thermique, en tenant compte de la valeur de chacune.

Critères de choix

1. Disponibilité de la chaleur. La chaleur fatale favorise les amines ; son absence augmente l’importance des technologies électriques.
2. Échelle. Les membranes modulaires s’adaptent bien aux petites échelles ; les laveurs et les installations à amines deviennent plus avantageux pour des débits plus élevés.
3. Exigences concernant le CO₂. Si le CO₂ doit être valorisé (glace carbonique, alimentaire, serres), sa pureté et sa quantité comptent autant que la qualité du biométhane ; voir CO₂ biogénique des unités de biométhane].
4. Pertes de méthane et postcombustion. Contraintes environnementales et économie des pertes.
5. Conditions locales. Accès à l’eau, espace, bruit, pression dans le réseau cible.
6. Exigences du gaz prétraité. Voir Prétraitement du biogaz].
7. Garanties et service. Pertes garanties, consommation d’énergie, disponibilité et accès au service.

Une méthode globale de comparaison est proposée dans le texte Comment choisir une technologie d’épuration : matrice décisionnelle], et un aperçu de cinq méthodes se trouve dans l’article Technologies d’épuration : comparaison de cinq méthodes].

Ce qu’il faut éviter

• Comparer les offres sans hypothèses unifiées (composition du gaz, pression, qualité du produit, pertes).
• Négliger le coût de la chaleur ou sa valeur alternative.
• Évaluer uniquement sur la base des investissements initiaux, sans tenir compte des coûts d’exploitation, du remplacement des matériaux et des pertes de méthane.
• Supposer que toutes les technologies produisent le même CO₂ en sortie.

Comment lire les offres

Chaque fournisseur indique les pertes de méthane, la consommation d’énergie et la qualité du produit sous des hypothèses spécifiques (composition et pression du gaz brut, température, composition requise du produit). Pour que la comparaison soit pertinente, il faut comparer les offres sous les mêmes hypothèses et vérifier quels paramètres sont garantis et lesquels sont seulement prévus. Questions de contrôle : que couvre le périmètre de la livraison (prétraitement, compresseurs, refroidissement, postcombustion du gaz résiduaire) ? Quelles sont les conditions de garantie des pertes de méthane ? Que se passe-t-il en cas de baisse de charge ? Quel est le périmètre du service et la disponibilité des pièces ? Quels sont les coûts de remplacement des éléments consommables (membranes, adsorbant, solvant) ?

Conclusions pratiques

• En présence de chaleur fatale bon marché, la technologie à base d’amines peut être avantageuse, surtout lorsque les faibles pertes de méthane ou un CO₂ pur sont importants.
• Pour les petites échelles et un besoin de simplicité d’exploitation, les membranes sont souvent envisagées.
• Le lavage à l’eau et le PSA ont une longue histoire d’utilisation et des conditions de fonctionnement bien connues.
• Le choix final est de préférence précédé d’une analyse du coût total de possession, incluant l’énergie, le service, les pertes de méthane et la valeur du CO₂.