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Biométhane :
Enjeu et perspectives
Anthony Mazzenga – P02 Chef de Pôle Stratégie - GrDF
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Biogaz et biométhane : quelques définitions
Biogaz : gaz combustible issu d’une réaction biologique
- la méthanisation. Il est produit en décharge ou en
installation de méthanisation
Biométhane : biogaz
traité puis épuré. Le
biométhane appelé
parfois « gaz vert »
présente la même
composition que le
gaz naturel
Épuration du biogaz :
élimination des composés
comme le dioxyde de
carbone, l’azote et
l’oxygène contenus dans
le biogaz
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
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La méthanisation de déchets : une technologie
mature
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
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Quelles conditions pour injecter du biométhane
dans les réseaux ? Des exigences
en matière de conformité des intrants à la réglementation
• gaz produit par la méthanisation des déchets (agricoles, de l’industrie
agroalimentaire, urbains ménagers et verts, de la restauration collective)
• gaz obtenu par captage en ISDND (installations de Stockage de Déchets Non
Dangereux ou décharges)
En discussion : boues de STEP urbaines
en matière de qualité du biométhane
Il doit être conforme aux spécifications techniques de GrDF (publiées décret )
En matière de « quantité injectée »
Le débit injecté doit être en permanence inférieur ou égal aux consommations de
la zone concernée par le biométhane
Lorsque ces conditions sont réunies, le biométhane est
acheté au producteur à un tarif garanti sur 15 ans : le Tarif d’Achat.
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
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Tarifs d’achat biométhane et garanties d’origine
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
0 50 100 150 200 250 300 350 400
c€/kWh
débit d'injection en Nm3/h
Les tarifs d’achat du biométhane
dechets agricoles/agroalimentaires
boues de STEP
déchets urbains
méthanisation
ISDND
• Tarif d’achat biométhane (différence de prix payée par
consommateurs de gaz via Contribution Injection Biométhane)
• Système ouvert à tous les fournisseurs avec un registre de garantie
d’origines (GrDF désigné gestionnaire de ce registre)
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Exemple de Lille Métropole :
déchets collectifs et bioGNV
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Réseau de gaz naturel
Centre de valorisation Organique de LMCU
Alimentation en bioGNV des 130 bus de Transpole
Installation d’injection de
LMCU
Pilote Carrefour : 3 camions bioGNV en test
Projet pionnier - injection depuis juillet 2011
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Exemple du Sydeme en Moselle Est :
déchets collectifs et bioGNV
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Méthaniseur du SYDEME
Epurateur Air Liquide
Installation d’injection
GrDF
Station GNVERT Distribution publique de BioGNV
Réseau de gaz naturel
Véhicule au BioGNV (33 véhicules SYDEME, 6
bus de la collectivité)
Injection depuis mai 2012
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Dernier succès en date :
Bioénergie de la Brie – effluents agricoles
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Poste d’injection GrDF
Unité d’épuration Air Liquide
Digesteur
1ere opération agricole
1ere opération « industrialisée » :
• Démarrage au premier essai
• Aucune non-conformité depuis
En septembre et octobre, les
5 communes on été
alimentées uniquement par le
biométhane local
Injection depuis août 2013
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Injection : une filière en plein développement
• Point sur la filière, pour GrDF 495 projets dont 364 toujours actifs
sur réseau GrDF
3 injections effectives – 1 à venir d’ici fin 2014
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
SPEGN
N
3 projets Réseau GDS
2 GEG
1 Gaz de Barr
2 REGAZ
1 SOREGIES ?
2014-2014 - 2015
2015- standby
2016
2014-2016
?
GRTgaz 80 projets en cours
10 sous convention
d’études
Premières
injection
prévues en 2015
TIGF 38 sollicitations
2 projets en convention
2 autres bientôt en
convention
Injection fin
2014-2015
• Depuis 2011, une dynamique continue d’entrée de projets mais 4 à 6 ans pour monter un projet
Pour les autres réseaux
Livraison du poste d’injection de Sioule
13/09/2013
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Des projets de plus en plus territorialisés
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
4%
40%
45%
5% 6%
inférieur à 60 (n)m3/h
entre 60 et 200 (n)m3/h
entre 200 et 350 (n)m3/h
entre 350 et 500 (n)m3/h
supérieur à 500 (n)m3/h
Total 257 projets
Non clos, info renseignée
Des projets en moyenne de
taille plutôt importante
Moyenne des débits des projets « vivants »
240 Nm3/h, soit 20 GWh/an
240 Nm3/h de biométhane injecté pendant 1 an =
la consommation annuelle de 1000 logements Hyp : 8000 h d’injection - maisons existantes, chauffage+ECS, soit
20000kWh/an/logt
… en augmentation 86 projets enregistrés en 2012 : une moyenne
de 270 Nm3/h
164 projets enregistrés en 2011 : une
moyenne de 210 Nm3/h
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Une situation européenne contrastée
Grande hétérogénéité des réglementations et des mécanismes de soutien :
Allemagne : développement tiré par la cogénération et les cultures dédiées
Suède : carburant et déchets mais historiquement peu de réseau de gaz
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
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Des potentiels techniques importants
en France, essentiellement agricoles
• Un potentiel technique brut supérieur à 200 TWh
Essentiellement agricole avec 170 TWh
• En raison de la taille modeste des exploitations et de l’éloignement au réseau, un potentiel économique estimé à 56 TWh dans les conditions actuelles (+STEP)
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Etude de potentiel ADEME-SOLAGRO 2013
TW
h
0
50
100
150
200
250
Potentiel brut Potentiel éco actuel
Ménages et collectivités
IAA et commerces
Cultures intermédiaires
Résidus de culture
Déjections d'élevages
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100% gaz renouvelables : un avenir techniquement
imaginable pour la France
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
203020202010 2040..
Méthanisation de déchets
Gazéification de biomasse
Micro-algues
Hydrogène &
Méthanation
30 TWh
210 TWh
150 TWh
19-33 TWh
Potentiel
technique
440 TWh•Sources
Méthanisation : étude AFNGV/ADEME Hydrogène : scénario ADEME / scénario Negawatt
Gazéification/ micro-algues : étude GrDF/MEDDE/MAAF/MEF
390-550 TWh
20-35 TWh
10 -25 TWh
160-280 TWh
200 TWh
Développement progressif
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Dynamique à court terme- prévisions GrDF
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
TWh TWh Perspectives d'injection de biométhane
TWh injectés DISTRIB+TRANSPORT hyp basse
TWh injectés DISTRIB+TRANSPORT hyp haute
20 TWh d’injection dans les
réseaux :
« 5% de gaz vert en 2020 »
2020 Analyse des projets de GrDF et extrapolation
Scénario optimiste GrDF DNTE 2013
Scénario tendanciel GT injection 2008
6 TWh d’injection dans les
réseaux, évaluation avant la
mise en place définitive du
cadre réglementaire
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Mix de production de gaz renouvelable en 2050 – cadre Facteur 4
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Negawatt ADEME 2030-2050 GrDF Facteur 4
153
140
033
72,333,6
015,5
Méthanisation Gazéification
Microalgues H2/Méthanation
121 TWh
56%
266 TWh
73%
321 TWh
>90%
88
133
1530
7234
015
2050 Perspectives long terme Scénarios facteur 4 Débat Transition Energétique : ADEME, GrDF, Negawatt
Annexes Autres filières de production
18 6 novembre 2013
Gazéification de biomasse ligneuse :
Une solution d’avenir à haut rendement
Mines Paristech / GrDF - biométhane
Gazéification
1 MW Chaleur
≈ 0,56 MW
Biométhane
Carburant
Biomassebois, paille…
ÉpurationMise aux
spécifications réseau
Gazéification 850 C
CO + 3 H2 CH4 + H2O
Chaleur
Méthanation catalytique
CO H2 CH4 CO2
0 % 2 % 36 % 32 %
CO H2 CH4 CO2
25 % 36 % 9% 19 %
+ polluants traces
CO H2 CH4 CO2
0 % <1% > 96% 0%
19 6 novembre 2013
Gazéification : déjà une réalité en
Autriche, bientôt en France
Mines Paristech / GrDF - biométhane
Site de Güsing (1 MW) opérationnel en Autriche – rendement démontré de 56%
Gazéification de la biomasse Méthanation et mise aux spécifications
Biomasse
ligneuse Biométhane
• Pilote français en cours de construction à Saint-Fons (Grand Lyon) dans le cadre
du projet GAYA de GDF SUEZ soutenu par l’ADEME - opérationnel fin 2013
Gazéification
20 6 novembre 2013
Les atouts de la gazéification pour la
production de biométhane carburant
Mines Paristech / GrDF - biométhane
Gazéification
Coût cible :
60€/MWh
Coût cible :
> 1€/l biodiesel
• 50% de carburant en plus – coût du carburant au moins 35% inférieur par rapport
au biodiesel
21
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Bois Résidus agricoles
Autres résidus Cultures énergétiques
6 novembre 2013
Un potentiel considérable
De 90 à 280 TWh selon les scénarios
Mines Paristech / GrDF - biométhane
Etude de potentiel GrDF, comité de pilotage :
GrDF, ADEME, MEDDE-CGEDD, MEDDE – DGEC, MINEFI – DGTrésor, MINEFI – DGCIS, MAAF
– CEP, MAAF – DGPAAT
TW
h
Potentiel technique max 2020
TW
h
Potentiel technique max 2050
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Bois Résidus agricoles
Autres résidus Cultures énergétiques
Gazéification
22
22
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
CULTURE des µALGUESProduction du site
CO2 NOx - SOx
Eau
Nutriments
2 Tonnes
40 m3
N 100 kg
P 10 kg
Rendement photosynthétique ≈ 1 - 5%
1 Tonne 420 Nm3
PRODUITSFilière Biométhane 3G
PRODUCTION ENERGIE VERTE
ENTRANTS Effluents gazeux, liquides,…
BIOREMEDIATION
4.6 MWh
@ 15 - 20 °CRESIDUAL HEAT recycling
5.6 MWh
Recyclage eau + nutriments azotés
Digestat vers
valorisation agricole
Microalgues : technologie en devenir de
production de biomasse et bioremédiation Microalgues
23
23
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Maturité sur certains marchés, des
ruptures nécessaires pour l’énergie
Les laboratoires de recherche et les
entreprises de microalgues et de macro-
algues en France en 2011
Des acteurs très nombreux et de taille
internationale
Microalgues
• Procédés industriels utilisés dans la pharmacie, les compléments alimentaires,
la nutrition animale…
• Gain important de productivité et réduction des coûts nécessaires pour l’énergie
24
• Potentiel concentré dans
quelques secteurs pouvant
valoriser les coproduits et la
bioremédiation :
• Chimie, raffinage et pétrochimie
• Alimentation animale
• Services à l’environnement
24
6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
Potentiel biométhane déterminé par la
co-valorisation et la surface accessible
0
5
10
15
20
25
Total 2020 - Hors complément de surfaces
TOTAL 2020 - Avec complément de surfaces
TOTAL 2050 - Avec complément de surfaces
1,1
9,3
19,3
3,5
TW
h
Etude de potentiel GrDF, comité de pilotage :
GrDF, ADEME, MEDDE-CGEDD, MEDDE – DGEC, MINEFI – DGTrésor, MINEFI – DGCIS, MAAF
– CEP, MAAF – DGPAAT
Microalgues
25 6 novembre 2013 Mines Paristech / GrDF - biométhane
H2 et méthanation, une possibilité pour
convertir les excédents d’électricité verte
Electrolyse de l’eau (r < 80%)
2H20 -> 2H2 + O2
Méthanation (r < 80%)
2H2 + CO2 -> CH4 + O2
Réseau g
az n
atu
rel
Réseau é
lectr
ique
Jusqu’à 6% en volume ?
Hydrogène
• Développement technologique en cours en Allemagne mais aussi en France
(CEA, Areva, Rhodia, GDF SUEZ…) : optimisation des briques matures
(electrolyse, méthanation…), nouveaux procédés (électrohydrogénation…)
• GRHYD, un projet de recherche sur 5 ans démarré à Dunkerque en 2012
(10MEUR). Objectif: étudier les maturités technique et économique d’un
mélange jusqu’à 20% d’hydrogène.