Gaz inflammable

6.1 Introduction

La conscience du gaz inflammable obtenu à partir de matières végétales pourries a été comprise depuis l’époque où vivaient les anciens Perses. Plus tard, lorsque la civilisation est entrée dans les temps modernes, en Europe, des systèmes de drainage centralisés ont été montés et le volume des matières solides dans les eaux usées a été réduit par la digestion anaérobie. Dans le même temps, la communauté scientifique s’est attachée à trouver de nouveaux combustibles de substitution proportionnels à la croissance démographique afin de répondre à la demande énergétique croissante de la société. La production de déchets est toujours proportionnelle à la population, certaines fractions de déchets étant difficiles à recycler. Ces fractions devraient faire l’objet d’une étude plus approfondie à des fins énergétiques (Statistical Review of World Energy, juin 2016). Les déchets peuvent être de plusieurs types, principalement biodégradables comme la biomasse, les déchets alimentaires, etc. et non biodégradables comme les plastiques, les huiles usagées et les déchets métalliques. De nombreux pays comme le Royaume-Uni et l’Allemagne ont utilisé cette idée pour produire du gaz inflammable pour l’éclairage des lampadaires au début des années 1900 en traitant les eaux usées. La première station d’épuration a été construite à Bombay (actuellement connue sous le nom de Mumbai), en Inde, en 1859. Dans les années 1930, la pratique du broyage des déchets pour produire du gaz inflammable a été développée, toujours à Bombay. Au début des années 1960, la KVIC (Khadi and Villages Industries Commission) a mis au point des installations de biogaz qui étaient utilisées par les villageois indiens. Peu de temps après, le succès de la conception, qui utilisait un tambour flottant, a façonné la base d’un programme de sensibilisation du gouvernement indien en cours pour fournir aux villageois indiens du combustible de cuisson .

Au début des années 1630, Jan Baptista Van Helmont, un chimiste belge, a établi que des gaz combustibles pouvaient être obtenus à partir de la décomposition de la matière organique. En 1776, l’expérience du comte Alessandro Volta a montré que la quantité de gaz inflammable produite était directement proportionnelle à la quantité de matière organique en décomposition. En 1808, Sir Humphrey Davy a cherché à savoir si des gaz de méthane étaient produits lors de la digestion anaérobie des déchets de bétail. En 1875, Wouter Sluys, un agriculteur néerlandais, a utilisé pour la première fois le méthane à des fins d’éclairage. En Angleterre, en 1895, du biogaz a été récupéré dans une installation de traitement des eaux usées « soigneusement conçue » et utilisé pour alimenter les lampadaires d’Exeter. La première usine de biogaz en Inde a été construite en 1897 à Bombay .

La Chine a installé 5 millions d’usines basées sur une conception de fosse septique en prenant une initiative similaire au début des années 1960 jusqu’aux années 1980. Les conceptions en forme de dôme ont été remplacées par la fosse rectangulaire originale. L’Inde a développé des conceptions similaires et a formé la base d’un programme actif au Népal avec la participation de divers groupes, un programme qui s’appelle maintenant BSP (Biogas Sector Partnership). La Chine, l’Inde et le Népal ont développé ce programme de manière constante. Ce programme a suscité un intérêt accru plus récemment en Europe et au Royaume-Uni. En raison de la flambée des prix du pétrole, certains groupes au Royaume-Uni ont commencé à produire de l’énergie à la ferme par le biais du biogaz comme alternative ; ceci a été motivé par le programme indien au début des années 1980. La flambée des prix du pétrole a poussé les gens à chercher des alternatives. La chute du prix du pétrole, et donc de l’électricité, qui a renvoyé les installations de biogaz peu rentables à la ferme, a permis aux 200 installations construites à cette époque de survivre .

La digestion anaérobie est l’une des technologies les plus largement appliquées, mais elle n’est pas encore complètement comprise en raison de la complexité du processus de digestion, qui dépend principalement de la performance des micro-organismes. De plus, la performance de ces microorganismes dépend largement de l’environnement dans lequel ils résident. De nombreux modèles mathématiques ont été développés pour étudier le comportement du processus et l’optimisation continue de nouveaux modèles. Ces modèles mathématiques ne peuvent pas être directement mis en œuvre dans l’industrie en raison du « facteur biologique », qui entrave un processus qui n’est pas facile à réaliser et rend la digestion anaérobie hautement non linéaire . De même, plus de 130 millions de tonnes de nourriture sont gaspillées chaque année dans le monde, ce qui entraîne la production d’une énorme quantité de déchets de cuisine. Les déchets de cuisine ont une teneur élevée en nutriments organiques et se décomposent rapidement sous l’effet de l’action microbienne. Cela provoque des mauvaises odeurs et des maladies qui font de la gestion des déchets de cuisine un problème sérieux dans le monde entier. Comme les déchets de cuisine sont essentiellement organiques, ils constituent une matière première idéale pour la production de biogaz et, par conséquent, le potentiel des déchets alimentaires et de cuisine comme substrat pour la production de biogaz a été largement étudié. La plupart des efforts de recherche et de développement dans le monde entier se concentrent sur les méthodes de production de biocarburants dits de deuxième génération qui sont identifiés comme ayant une excellente performance environnementale ainsi qu’une grande flexibilité de la matière première de la biomasse .

La production de gaz de synthèse à partir de biodéchets est une étape essentielle dans la fabrication de la plupart des biocarburants de deuxième génération. Plusieurs pays de l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) ont créé leurs propres industries de biocarburants pour une utilisation locale . La production annuelle mondiale de gaz de synthèse, principalement à partir de sources d’énergie fossiles telles que le gaz naturel, le pétrole et le charbon, est d’environ 6 EJ, ce qui correspond à environ 2 % de la consommation totale d’énergie primaire. Les principaux producteurs et consommateurs de bioéthanol (environ 95 % du total mondial) sont le Brésil et les États-Unis ; de même, pour le biodiesel, les principaux producteurs sont l’Allemagne, l’Autriche et la France. Les matières premières privilégiées sont les matières ligneuses et herbacées, ainsi que les déchets agricoles, municipaux et industriels. Les carburants synthétiques pour le transport tels que le biométhanol, le bioéthanol, le di-méthyl-éther (DME), le gaz naturel synthétique, le carburant FT (Fischer-Tropsch) et l’hydrogène, qui sont produits et commercialisés par Sasol (Afrique du Sud) et Mobil (États-Unis), sont quelques exemples qui peuvent être convertis en gaz de synthèse par un procédé de reformage à la vapeur. Le gaz de synthèse dérivé du biogaz pourrait être utilisé pour une plus grande production d’alcool.

Lorsque le développement du biogaz à travers le monde est examiné, l’Inde et la Chine ne sont pas en reste, même si la poussée vient de l’Europe occidentale. L’Inde est connue dans le monde entier pour avoir construit le tout premier digesteur anaérobie en 1897, lorsque les déchets humains ont été utilisés pour produire du gaz pour éclairer les rues de l’asile de lépreux de Matunga à Mumbai . Des recherches intensives ont été menées dans les années 1950, lorsque plusieurs modèles d’installations ont été mis au point. Le plus remarquable d’entre eux, connu sous le nom de « Grama Laxmi III », a été développé par Joshbai Patel (un travailleur gandhien du Gujarat). Il est devenu le prototype du modèle à dôme flottant de la Khadi and Village Industry Commission (KVIC). Après une période d’accalmie, l’intérêt pour le biogaz a été renouvelé au début des années 1960 lorsque la KVIC a mis en place et développé des usines de biogaz standard. Il fut ainsi décidé de créer un million d’installations de taille familiale et de nombreuses autres installations communautaires du gouvernement, au cours du sixième plan pour cinq ans. Il s’est maintenu jusqu’à présent sans rupture et a atteint 4 millions d’installations (MNRE 2011). Le programme national de gestion du biogaz et du fumier avait prévu de mettre en place 150 000 installations de biogaz de « type familial » au cours de 2009 et 2010 .

La biomasse est l’un des domaines les plus ciblés en Inde pour les programmes d’énergie renouvelable en raison de la grande quantité de résidus générés par les cultures ainsi que de la demande en énergie. Environ 26 cultures sur un total de 39 cultures de résidus sont considérées pour l’étude de cas . Dans l’ensemble, l’Inde produit 686 MT de biomasse brute de résidus de cultures sur une base annuelle, dont 234 MT (34% du brut) sont estimés comme excédentaires pour la production de bioénergie. Les zones rurales utilisent principalement les cultures et les déchets animaux pour la production d’énergie ainsi que pour répondre aux besoins en énergie de cuisson. Ces deux sources sont les principales qui contribuent à une grande quantité de déchets de cuisine provenant des ménages et des zones résidentielles. Les statistiques indiquent que les ménages plus grands, qui accueillent plus de personnes, ont tendance à produire plus de déchets que leurs homologues plus petits. Toutefois, les ménages composés d’une seule personne sont ceux qui gaspillent le plus de nourriture par personne. De même, les personnes âgées gaspillent autant de nourriture évitable que les jeunes (1,2 kg par personne et par semaine), un fait qui contredit les idées reçues dans notre société. De nombreux déchets de cuisine sont produits chaque année et doivent être éliminés afin de préserver notre environnement. La digestion anaérobie est un processus biologique organisé de décomposition des déchets de cuisine qui permet de capturer et d’utiliser efficacement le biogaz pour la production d’énergie. Ce biogaz est composé d’environ 60% de méthane et 40% de CO2. Les habitants des zones rurales adoptent les technologies du biogaz pour répondre aux besoins de cuisson et d’éclairage de leur foyer, ce qui implique les usines de biogaz de Khadi et Village Industries, Janata et Deenbandhu. Ces biomasses sont une excellente source pour la biométhanisation et la production de divers carburants liquides tels que le biodiesel et les huiles de transport. La digestion anaérobie est l’un des principaux processus de conversion de la biomasse en biogaz. Le biogaz est converti en gaz de synthèse par oxydation partielle ou reformage à la vapeur. Le syngaz est ensuite converti en combustibles liquides en utilisant diverses méthodes telles que le procédé Fischer-Tropsch et avec la méthanisation, le syngaz est converti en méthanol, en éthanol et en divers biocarburants .

.