Paille de riz et lisier porcin : un prétraitement biologique par microflore cellulolytique permet d'obtenir 342 mL CH₄/g MOS

Une équipe de l'Université agricole du Jiangxi (Nanchang, Chine) a démontré qu'un court prétraitement biologique d'un mélange de paille de riz et de lisier porcin par une microflore cellulolytique augmente le rendement en méthane d'environ 45 %. Dans l'échantillon traité, le rendement cumulé a atteint 342,35 mL CH₄/g MOS, contre 236,03 mL/g MOS pour le témoin. L'étude a été publiée dans Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (volume 8, 2020 ; publication en ligne le 4 février 2021).

Conception de l'expérience

Le mélange de paille de riz (51,15 g) et de lisier porcin (47,85 g) a été ajusté pour obtenir un rapport C/N de 30:1, considéré comme favorable pour la méthanisation. Le prétraitement biologique a été réalisé avec 10 % (v/v) de microflore cellulolytique à une température de 55 °C, sans agitation, pendant 30 heures à un pH de 7,6. La digestion anaérobie a ensuite été menée dans neuf réacteurs de 9 L (trois pour l'échantillon traité, le témoin et un essai à blanc avec uniquement de l'inoculum), dans des conditions mésofiles (35 ± 0,5 °C) pendant 15 à 20 jours, avec une agitation à 30 tr/min. La charge maximale appliquée était de 2,5 kg DCO/(m³·d). Le méthane a été mesuré par déplacement d'eau, après élimination du CO₂ et du H₂S par une solution de NaOH.

Résultats

Outre le rendement cumulé, les auteurs ont ajusté des modèles cinétiques : le modèle de Gompertz modifié a donné un M_max de 350,79 mL/g MOS pour l'échantillon traité et 241,82 pour le témoin ; le modèle de premier ordre a donné respectivement 321,78 et 231,13. La vitesse maximale de production de méthane est passée de 24,60 à 45,36 mL/(g MOS·d), et la phase de latence a été réduite de 2,43 à 1,79 jour. La constante d'hydrolyse (k) est passée de 0,26 à 0,46 d⁻¹, et le temps pour atteindre 90 % du rendement a été réduit de 10,7 à 8,92 jours. L'ajustement du modèle de Gompertz a donné un R² de 0,996–0,997, et celui du modèle de premier ordre de 0,966–0,973.

Importance pour le BMP

Le résultat de 342 mL CH₄/g MOS concerne un mélange paille–lisier après prétraitement, et non de la paille de riz pure. Il ne convient donc pas pour être inscrit comme BMP de la paille de riz ; il s'agit d'une valeur pour une composition spécifique. Par ailleurs, les constantes cinétiques sont précieuses pour les concepteurs, car elles montrent que le prétraitement réduit le temps de séjour hydraulique, et pas seulement le rendement final.

Limites

L'essai a été réalisé à l'échelle laboratoire, avec un seul type d'inoculum (300 g de boue anaérobie). Le transfert des résultats à l'échelle industrielle nécessite une vérification énergétique (chauffage à 55 °C pendant 30 heures) et des coûts de maintien des cultures microbiennes ; les auteurs ont présenté leur propre bilan énergétique, dont les valeurs dans le texte source ne sont pas cohérentes, c'est pourquoi nous ne les reprenons pas.

Implications pour la Pologne/l'Europe

La codigestion de paille avec du lisier porcin est réalisable dans les conditions polonaises, mais la plupart des études indiquent que des méthodes plus simples — broyage, alimentation stable et ajustement du temps de rétention — donnent de bons résultats à moindre coût. Cette étude chinoise illustre une voie de recherche sur les techniques biologiques d'hydrolyse.