Methane slip dans l’épuration du biogaz : combien nous perdons et combien cela coûte

Le methane slip est la part du méthane contenu dans le biogaz brut qui, lors de l’épuration, ne va pas dans le biométhane, mais s’échappe avec l’off-gas, c’est-à-dire le flux résiduel riche en CO₂. Il s’exprime en pourcentage de la charge. C’est à la fois une perte de revenu (on vend moins de gaz) et une émission de gaz à effet de serre : le méthane est un gaz à effet de serre plusieurs dizaines de fois plus puissant que le CO₂ sur un horizon de 100 ans. Pour une unité de production de biométhane, cet indicateur compte parmi les paramètres techniques et environnementaux les plus importants.

D’où vient le slip

Dans chaque technologie de séparation, une partie du méthane passe dans le flux de CO₂ :

• dans les membranes, le méthane traverse lentement la membrane, mais pas à zéro ; plus la pureté du produit et le rendement sont élevés, plus la surface requise et la recirculation sont grandes ;
• dans le PSA, le méthane est adsorbé dans une faible mesure et reste dans la colonne ou dans le gaz de purge ;
• dans le lavage à l’eau, le méthane se dissout dans l’eau (faiblement, mais c’est une fraction de pour cent), et lors du stripping il passe dans l’off-gas ;
• dans le lavage aux amines, le méthane se dissout physiquement en quantités de traces ;
• en cryogénie, les pertes dépendent de l’efficacité de la séparation.

Outre le slip, il existe aussi des pertes qui ne résultent pas de la séparation elle-même, qu’il faut ajouter aux pertes totales de méthane de l’installation : fuites de la robinetterie, mises à l’air lors des démarrages et des arrêts, ainsi que combustion d’urgence du biogaz à la torche.

Valeurs typiques

Le tableau ci-dessous présente les ordres de grandeur rencontrés dans la littérature et dans les offres des fournisseurs (dispositifs modernes, régime établi). Les valeurs réelles doivent être confirmées dans la garantie et par des mesures.

Exemple de calcul

Hypothèses : installation de 500 m³/h de biogaz à 55 % de CH₄ (275 m³/h de méthane), 8 000 heures de fonctionnement par an, slip de 1 %. Production annuelle de méthane dans le biogaz : 2,2 millions de m³. Perte : 22 000 m³ de CH₄. Avec une masse volumique du méthane d’env. 0,717 kg/m³, cela représente env. 15,8 t de CH₄. Avec GWP₁₀₀ = 28 (valeur du cinquième rapport du GIEC), cela donne env. 442 t de CO₂e par an. En énergie, la perte correspond à env. 220 MWh (à env. 10 kWh/m³), ce qui, au prix supposé du gaz de 200 PLN/MWh, donne env. 44 000 PLN par an.

À titre de comparaison : un slip de 0,1 % représenterait 44 t de CO₂e et 4 400 PLN. L’écart d’env. 400 t de CO₂e par an correspond aux émissions de plusieurs centaines de voitures particulières roulant pendant un an – c’est pourquoi les pertes sont importantes non seulement financièrement, mais aussi dans le bilan des émissions du biométhane.

Comment limiter le slip

1. Choix de la technologie en fonction des exigences d’émissions (par ex. amines ou dispositifs multi-étagés).
2. Combustion de l’off-gas dans un oxydeur thermique ou catalytique ; le méthane est transformé en CO₂, ce qui réduit l’effet de serre. Avec une faible concentration de CH₄, un combustible d’appoint ou une récupération de chaleur est nécessaire.
3. Recirculation du gaz de flash, du perméat ou du gaz de purge.
4. Exploitation : éviter de fonctionner hors de la plage de conception, étanchéité de la robinetterie, contrôle des fuites.
5. Suivi : mesure de la concentration de CH₄ dans l’off-gas et bilan massique de l’installation.

Le slip dans le bilan des émissions du biométhane

Dans la méthodologie RED, les émissions de méthane de l’épuration sont incluses dans le bilan GES du biométhane (en tant qu’émissions de procédé). Dans les calculs par défaut, on retient des hypothèses sur le niveau de pertes, et un faible slip réel peut améliorer le résultat dans les calculs réels. C’est en cela que consiste le lien entre la technologie et la valeur du gaz certifié : une faible perte de méthane améliore l’empreinte carbone et la valeur commerciale du biométhane.

Clauses contractuelles

Dans le contrat avec le fournisseur de technologie, inscrivez : le slip garanti (%), les conditions de mesure (charge, composition, méthode), la pénalité en cas de dépassement et l’obligation de correction. Il convient aussi de prévoir des mesures périodiques après le démarrage et pendant l’exploitation, car le slip augmente généralement avec le vieillissement des membranes ou du sorbant.

Différence entre slip et émission réelle

Le slip décrit ce qui quitte le séparateur dans l’off-gas, mais ce n’est pas toujours la même chose qui parvient dans l’atmosphère. Si l’off-gas est dirigé vers un oxydeur thermique, l’émission de méthane diminue de l’efficacité de combustion (généralement plus de 99 % en fonctionnement correct), et il apparaît du CO₂ biogénique supplémentaire. Inversement, il faut ajouter aux émissions les fuites sans lien avec la séparation. C’est pourquoi, dans les bilans GES, on distingue deux indicateurs : le slip technologique (propriété de l’équipement) et les pertes totales de méthane de l’installation (somme du slip, des fuites, des démarrages et des pannes après prise en compte de la combustion). Ce second indicateur est plus important pour le climat et devrait faire l’objet de mesures de contrôle.

Conclusion

Le methane slip est un indicateur qui allie économie et climat. De faibles écarts en pour cent se traduisent par des centaines de tonnes de CO₂e et des dizaines de milliers de PLN par an ; il vaut donc la peine de les mesurer, de les garantir et de les limiter à chaque étape de la vie de l’installation.