Que font les flux de biomasse sèche dans un digesteur par voie humide?

La fermentation des restes organiques dans un digesteur a lieu, en fonction de leur teneur en matières sèches, par voie sèche ou par voie humide. Bien que cela ne semble pas être logique, il existe de bonnes raisons de faire fermenter de la biomasse sèche dans un digesteur par voie humide. La société HoSt a testé cette technique dans la pratique et les résultats de ces tests sont exposés dans le présent article.

La théorie de la fermentation

Le processus de fermentation se déroule schématiquement en deux étapes. Les matières organiques sont transformées durant la phase d’hydrolyse en CO2, hydrogène et acides gras. Vient ensuite la phase méthanogène, durant laquelle les acides gras se décomposent pour devenir du méthane. Pour un déroulement optimal de ces processus, les conditions requises en matière de température, taux d’humidité et pH doivent être respectées. L’acidification ou une trop grande concentration d’ammoniac nuisent à la population bactérienne, le processus étant ainsi perturbé et la production de gaz réduite, voir arrêtée.

Ces processus ont lieu simultanément, ce qui peut provoquer une accumulation locale d’ammoniac ou d’acidification. Cela est évité par un brassage intensif de la matière. Ce brassage assure également un bon contact entre les micro-organismes et la matière organique et garantit l’apport d’éléments nutritifs ainsi que l’évacuation des « déchets » (CH4).

Un processus de fermentation stable répond aux exigences suivantes :

• Apport et évacuation constants de matières organiques
• Bon brassage
• Conditions annexes adéquates telles que température, pH, équilibre N, etc.

Traitement préalable

Pour pouvoir fermenter des matières plus sèches telles que les déchets de cuisine, l’herbe, la paille et autres déchets végétaux (humides ou secs), il convient de leur faire subir un traitement préalable mécanique. Il s’agit de les réduire et d’en éliminer autant que possible les parties non organiques (matières synthétiques, pierres, verre, métaux).

Fermentation par voie sèche

Il existe deux sortes de digesteurs par voie sèche. Les digesteurs à processus continu et les digesteurs « batch ». Dans le premier cas, la matière est diluée jusqu’à < 30 % de matière sèche. Le mélange a lieu par injection de digestat, ou par brassage à l’aide d’un agitateur. Ce type de système est souvent utilisé pour le traitement de déchets de fruits, légumes et plantes ou de la fraction organique des déchets domestiques à forte teneur en fraction interne.

Le traitement par lot du digesteur batch a lieu dans un tunnel. La matière fraîche est mélangée au digestat (semence) puis stockée dans un tunnel étanche au gaz. Durant le processus, le mélange est aspergé de lixiviats. Au terme de trois semaines, le tunnel est dégazé en insufflant des gaz d’échappement dans la masse puis est vidé.

Parmi les systèmes examinés, C’est celui du tunnel qui produit le moins de gaz par tonne de matière. Cela est dû au fait que le brassage n’est pas optimal et que le traitement par lot, du fait des fréquents redémarrages, se traduit par la production de gaz de qualité inférieure, inutilisable. Le système n’étant pas fermé, les risques d’émissions de mauvaises odeurs sont en outre plus importants.

Fermentation par voie humide

Une installation traditionnelle se compose d’un pré-digesteur et d’un post-digesteur permettant de traiter une biomasse dont la teneur en matières sèches est d’environ 8 %. Le principal avantage du système par voie humide est qu’il permet un brassage optimal, qui débouche sur une production élevée de gaz. Les coûts d’investissement et d’exploitation sont en outre plus faibles que ceux exigés par un système de méthanisation par voie sèche. Le traitement des matières sèches dans un digesteur par voie humide présente le risque d’une séparation entre les particules inertes, qui coulent, et les plus légères, qui restent en surface.

Matières sèches dans un système par voie humide

Ce qui précède montre qu’un système de fermentation par voie humide présente des avantages évidents par rapport au traitement par voie sèche. Le défi consiste donc à traiter par vois humide des flux de biomasse relativement secs tels que l’herbe, la paille et les produits alimentaires. HoSt a trouvé la solution avec la création d’un système, désormais breveté, qui combine un brassage à pales et à hélice. Le mouvement des pales veille à ce que les particules qui flottent éventuellement en surface soient constamment dirigées vers le fond, provoquant une saturation des matières organiques, jusqu’à leur décomposition. Cette construction spéciale permet par ailleurs au système de fonctionner avec une teneur en matières sèches élevée de 11 %. Il est ainsi possible de traiter jusqu’à la paille ou l’herbe coupée sur les bas-côtés des routes. Ces matières sont introduites séparément dans le système avec un doseur spécial. Le pourcentage de matières sèches dans le digesteur est automatiquement maintenu par recirculation du digestat ou ajout d’eau.

Le deuxième avantage d’une biomasse avec un taux élevé de matières sèches est le faible pourcentage de précipitation de particules inertes telles que le sable, qui sont liées aux matières organiques et évacuées avec le digestat.

Il est toutefois conseillé d’utiliser un système par voie sèche lorsque la biomasse introduite contient plus de 10 % de sable ou une quantité importante de matières non dégradables telles que les matières synthétiques. C’est le cas pour les déchets verts (>20 % de sable) et certains déchets domestiques.

Conclusions

La fermentation de matières sèches est possible lorsque ces matières ne contiennent pas trop de particules inertes ni de matières synthétiques. Cela présente l’avantage d’une production élevée de gaz et de coûts d’investissement et d’exploitation relativement faibles. Plusieurs digesteurs HoSt fonctionnent déjà avec plus de matières sèches telles que l’herbe, l’herbe des bas-côtés, les produits dont la date de péremption est dépassée et les déchets de cuisine.

Avantages de la fermentation par voie humide par rapport à la fermentation par voie sèche :

+ Plus grande flexibilité dans les matières à traiter

+ Faibles coûts d’investissement et d’exploitation

+ Tampon de gaz intégré

+ Désulfuration biologique intégrée

Inconvénients de la fermentation par voie humide par rapport à la fermentation par voie sèche :

– Risque de dépôt et de couche flottante

– Le digestat a une teneur en matières sèches plus faible