Des scientifiques allemands ont développé, à l’institut Fraunhofer pour les technologies de l’environnement, de l’énergie et de la sécurité (UMSICHT), un prototype de biobatterie qui permet une valorisation énergétique efficace de la biomasse. © Fraunhofer UMSICHT/Kurt Fuchs

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Les biobatteries pourraient mieux valoriser la biomasse

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Dans la palette des énergies renouvelables, celle que l'on peut tirer de la biomasse présente l'intérêt de ne pas être soumise aux caprices de la météo comme peuvent l'être l'éolien ou le solaire. Mais les rendements des usines de valorisation de la biomasse restent insatisfaisants. Avec leur installation baptisée « biobatterie », des chercheurs allemands proposent une solution innovante.

Des chercheurs allemands de l'institut Fraunhofer pour les technologies de l'environnement, de l'énergie et de la sécurité (UMSICHT) ont conçu une installation baptisée biobatterie, capable de tirer de l'énergie de la biomasse de manière considérablement plus efficace que ce qui se faisait jusqu'à présent. Deux raisons principales à ce succès : la biobatterie transforme en énergie un éventail beaucoup plus large de la biomasse que les usines traditionnelles et elle fournit, en plus de l'électricité et de la chaleur, des produits à forte valeur ajoutée comme du biogaz, de l'huile moteur bio ou encore du biochar, un charbon à usage agricole.

Rappelons que dans le monde, la biomasse est la troisième source d'électricité renouvelable, derrière l'hydraulique et l'éolien. En 2012, la production d'électricité à partir de biomasse (326,2 TWh) ne représentait pour autant qu'à peine plus de 1,4 % de la production globale d'électricité (22.613 TWh). Entre autres parce qu'aujourd'hui, seule une petite part de la biomasse est transformée en énergie. La biobatterie mise au point par les chercheurs allemands peut, quant à elle, tirer profit de boues d’épuration, de déchets verts ou de déchets ménagers, de résidus de production de l'industrie alimentaire ou papetière, de pailles ou encore d'excréments d'animaux.

La biobatterie est basée sur le principe du reformage par catalyse thermique (thermo-catalytic reforming, ou TCR). De la matière organique est injectée par le haut et, après divers traitements, on récupère, à gauche, du biochar et à droite, de l'eau, un biocarburant et du biogaz. Voir la vidéo (3'12, en allemand) © Fraunhofer UMSICHT

L'installation fait intervenir une série de techniques toutes respectueuses de l'environnement. La chaleur nécessaire à son bon fonctionnement, par exemple, est produite à partir de biomasse. Celle-là même qui sert aussi dans le reste du processus. Mais au cœur de l'installation, il y a un concept que les spécialistes appellent le reformage par catalyse thermique (thermo-catalytic reforming, ou TCR) et qui permet de réarranger les atomes de carbones qui forment la matière organique.

La matière première, composée donc de déchets organiques en tous genres, est placée dans une sorte d'entonnoir et coupée de tout contact avec l'oxygène. Elle tombe ensuite dans un réacteur équipé d'une vis sans fin qui permet de brasser l'ensemble de manière continue. C'est là que la matière organique est chauffée et qu'elle se décompose en biochar et en vapeurs. Le procédé employé à ce stade permet d'éviter la formation de goudrons ou d'autres sous-produits nocifs. Plus loin, la combustion catalytique à haute température se poursuit pour les vapeurs et le biochar. De quoi optimiser les volumes et la qualité de la production. Les vapeurs sont ensuite refroidies et condensées en un liquide composé de biocarburant et d'eau. Le gaz résiduel est quant à lui nettoyé.

De nombreux débouchés pour la biobatterie

Les produits résultants de ce nouveau traitement peuvent être exploités de différentes façons. Le biocarburant peut ainsi servir à réaliser des biofiouls, pour la marine ou pour l'aviation. Il peut aussi, tout comme le gaz résiduel, être utilisé dans une usine de cogénération, pour produire de l'électricité ou de la chaleur. L'eau, qui contient de nombreuses chaînes carbonées biodégradables, peut être réinjectée dans le cycle et augmenter ainsi le rendement de l'installation. Le biochar, de son côté, peut être brûlé ou encore utilisé dans l'agriculture pour restaurer et fertiliser des sols.

La biobatterie utilise des excès d’électricité et de la biomasse qu'elle transforme en carburant, en électricité et en chaleur. © Fraunhofer

Après avoir fait la démonstration de son efficacité en laboratoire, les chercheurs de l'UMSICHT ont lancé une usine pilote. Elle transforme toute les heures 30 kg de résidus de fermentation en produits énergétiques. Et elle convertit plus de 75 % de l'énergie enfermée dans la biomasse en énergie utilisable. Un rendement qui, selon le professeur Andreas Hornung, le responsable de l'équipe, pourrait être encore amélioré par l'emploi d'accumulateurs de chaleur latente mobiles.

La conception modulaire de la biobatterie permet, par ailleurs, de limiter les investissements de départ et les freins financiers qui s'opposent parfois aux installations de production de biogaz classiques. L'usine peut en effet facilement être agrandie, suivant sa montée en puissance. Une start-up issue de l'UMSICHT et baptisée Susteen Technologies GmbH a d'ailleurs déjà commencé à exploiter le concept dans des usines pilotes en Allemagne mais aussi ailleurs dans le monde.

Enfin, dernier avantage de la biobatterie : comme son nom l'indique, l'installation peut également servir pour le stockage d’énergie. Un avantage qui, à l'heure de la transition énergétique, pourrait bien se révéler décisif. Car la biobatterie pourrait aider à équilibrer production et demande sur un réseau électrique déstabilisé par l'injection d'énergies renouvelables intermittentes. Comment ? En consommant l'électricité produite par les énergies éoliennes ou solaires, par exemple, en période de pic de production ou de creux de consommation, et en restituant cette énergie, sous une forme ou sous une autre, en période de creux de production ou de pic de consommation.

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