Traitement hautement efficace des résidus de fermentation
Photos : Maabjerg Bioenergy, Jens Bach
La plus grande usine biogaz actuellement au monde fonctionne avec des décanteurs GEA
Argent comptant : haute teneur en phosphate et fort potentiel méthanogène dans les solides
Le traitement des résidus de fermentation, c'est-à-dire la déshydratation, est une nécessité pour éviter le transport de volumes importants sur de longues distances et à un coût élevé. Le traitement des résidus de fermentation met en œuvre différents procédés : la filtration avec des presses à vis, des filtres à bande, des filtres à bol, des presses à rouleaux ou des tamis, la sédimentation avec des réservoirs ou des hydrocyclones, voire encore la centrifugation avec des décanteurs. Tous ces procédés sont associés à des avantages et des inconvénients spécifiques.
Les coûts d'investissement comparativement supérieurs du décanteur sont plus qu'absorbés par les les coûts globaux (le coût total de possession) inférieurs. D'autres critères économiques et procéduraux prouvent également les avantages du décanteur. Spécifiquement, le degré de séparation du phosphate et de l'azote est sensiblement supérieur avec le décanteur qu'avec les autres technologies. Ceci a été définitivement prouvé en banc d'essai et via des études indépendantes.
Ceci signifie également que des prix élevés peuvent être obtenus sur le marché des engrais pour les solides concentrés avec leur précieuse teneur en phosphate. Un autre facteur de poids est le fort potentiel méthanogène des solides séparés. Ceci s'avère intéressant, notamment si les boues doivent être utilisées à des fins d'incinération et de génération d'énergie.
Maabjerg Bioenergy utilise cinq décanteurs
Les avantages de la séparation à l'aide de décanteurs sont également reconnus par la centrale biogaz Maabjerg Bioenergy à Holstebro, au Danemark, reconstruite en 2012. Maabjerg Bioenergy est actuellement la plus grande centrale biogaz au monde. Elle est le résultat d'une coopération entre agriculteurs, autorités locales et centrales de chauffage. D'un côté, l'usine est destinée au traitement et au raffinage du fumier agricole, et d'un autre côté, elle est conçue pour approvisionner les villes de Holstebro et Struer en chauffage et en énergie.
La centrale biomasse est conçue pour traiter, sur une base annuelle, quelques 500 000 tonnes de biomasse issue de l'agriculture et de l'industrie alimentaire. À partir de cette biomasse, elle génère environ 20 millions de mètres cubes de biogaz et, par conséquent, un contenu énergétique correspondant à environ 110 000 MWh d'électricité et à environ 100 000 kWh d'eau chaude. Les émissions de dioxyde de carbone sont ici réduites de 21 600 tonnes par an. Globalement, la réduction équivalente des émissions de CO2 à plein régime devrait atteindre environ 50 000 tonnes par an à l'avenir, également due à la réduction des émissions de CO2 et de méthane des entreprises agricoles. Pour transporter la biomasse jusqu'à la centrale de façon aussi écologique et économique que possible, Maabjerg prévoit l'utilisation d'un réseau de pipelines de conception radiale sur une surface de 16 kilomètres, connectant ainsi la centrale aux plus importants fournisseurs de biomasse.
Sans ce système d'approvisionnement, jusqu'à 50 déplacements en camions seraient nécessaires chaque jour. Pour la déshydratation des résidus de fermentation, Maabjerg a installé trois décanteurs UCD 535 et deux décanteurs UCF 466 de GEA. En raison du haut niveau de séparation du phosphate et de l'azote par les décanteurs, la réduction totale annuelle des surplus de nutriments se monte à 400 tonnes d'azote et à 450 tonnes de phosphate. Cette efficacité de séparation est obtenue sans recours aux polymères. En raison du fort potentiel méthanogène dans les boues séparées, la combustion des solides dans un incinérateur génère 22 000 MWh d'énergie par an. Le phosphate et l'azote restent dans les cendres, qui peuvent à leur tour être recyclées.
Photo : Maabjerg Bioenergy, Jens Bach
Géométrie cruciale
L'exactitude de la géométrie du bol et de la volute joue un rôle crucial pour le design correct du décanteur. GEA est à ce niveau en mesure de mettre à profit sa vaste expérience. En résultat de la séparation, les résidus de fermentation d'une substance sèche sont déshydratés depuis 5-10 % environ jusqu'à 30 % environ. La teneur en phosphate des résidus liquides de fermentation, par exemple, est concentrée ici depuis environ 1,5 kilogramme par tonne jusqu'à 5-7 kilogrammes par tonne dans les solides déshydratés,et la teneur en azote depuis 4-6 kilogrammes par tonne dans les résidus liquides de fermentation jusqu'à 8-10 kilogrammes par tonne de solides. Le transport, qui peut atteindre des distances de 500 kilomètres dans certaines régions, est ainsi facilité dans la mesure où la quantité d'eau transportée est inférieure et où il est possible d'utiliser des camions au lieu de camions-citernes. Le traitement permet par conséquent de réduire les coûts de transport en plus d'augmenter le rendement, en raison de la teneur supérieure en phosphate et en azote ainsi que du potentiel méthanogène supérieur.
Nouveau : Séparation en deux étapes
Pour la première fois, GEA propose une séparation en deux étapes. Ici, à la deuxième étape de séparation, il est possible de séparer jusqu'à 95 % (par rapport à environ 75 % sans recours aux produits chimiques) de la teneur en phosphate de la fraction solide via l'ajout d'une petite fraction chimique pour lier les plus petites particules de phosphate hydrosoluble. Cette variante extrêmement économique est particulièrement intéressante dans les pays et les régions à fort excédent de nutriments et, par conséquent, à fort taux d'exportation de nutriments, comme par exemple en Turquie ou au Mexique.
De nombreuses années d'expérience
GEA peut mettre à profit une expérience dans le domaine du fonctionnement des centrales biogaz qui remonte à 1988. Depuis cette date, plus de 6 000 centrales biogaz de toutes tailles ont été mises en service en Allemagne. Avec de nombreux projets de construction, la France, les Pays-Bas, la Scandinavie et l'Angleterre, sans oublier l'Europe de l'Est et les États-Unis, découvrent tout juste les nombreux avantages offerts par la génération de biogaz. Les décanteurs proposés par GEA pour le traitement des résidus de fermentation prennent en charge une production de 3 à 100 mètres cubes par heure. Sans recours à des produits chimiques, les décanteurs GEA, idéalement adaptés à cette application, sont en mesure de garantir une très haute teneur en substance sèche, jusqu'à 30 %, dans les solides.
