Comment les restes de nourriture alimenteront les avions à l'avenir

Afin de reconvertir les restes alimentaires et autres déchets biologiques en substances utilisables, l'Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques IKTS a construit, en collaboration avec des partenaires industriels et de recherche, une installation unique au monde à Thallwitz, près de Leipzig. Celle-ci produit des carburants synthétiques et des cires biogènes à partir du biogaz - et pas seulement à partir du CO2 qu'il contient. Le biogaz est obtenu à partir de graisses usagées provenant de la gastronomie et de la production alimentaire. En cas de besoin, il est possible d'activer un électrolyseur céramique qui fournit les substances nécessaires au processus en utilisant également de l'électricité issue d'énergies renouvelables. En collaboration avec une entreprise de Leipzig, l'IKTS souhaite à présent développer ce concept d'installation innovant pour la production à l'échelle industrielle.

Au vu des plus de 9000 installations de biogaz en service en Allemagne, le Dr Erik Reichelt, directeur du groupe de travail de l'IKTS sur la technologie des procédés de systèmes, voit un potentiel de marché considérable : "De telles installations de biogaz étendues ouvrent des opportunités considérables pour créer dès maintenant une nouvelle valeur ajoutée et des emplois dans le bassin minier d'Allemagne centrale pour la période suivant la sortie du charbon". Rien qu'en Saxe, environ 270 installations de biogaz sont actuellement en service - le nouveau système est une option intéressante, surtout pour les plus grandes d'entre elles. Il pourrait aider à exploiter les installations de manière plus économique et à mieux réagir aux fluctuations du marché. En outre, le concept d'économie circulaire contribue à préserver les ressources naturelles, à réduire l'utilisation de gaz naturel et de pétrole fossiles et à protéger l'environnement.

Pourtant, en 2017, l'objectif du projet était encore bien plus modeste. A l'origine, le consortium de développement voulait "seulement" rendre les installations de biogaz plus résilientes aux fluctuations du marché et aux tarifs d'achat en les équipant en plus pour la production de cire. L'idée est la suivante : si la transformation du biogaz en électricité n'est pas rentable en raison de prix défavorables, les exploitants peuvent, avec un peu de technique supplémentaire, se tourner de manière flexible vers la production de cires biogènes. Celle-ci peut ensuite être vendue à l'industrie des cosmétiques et des lubrifiants. Au cours du processus de développement, le concept s'est toutefois élargi à des voies technologiques supplémentaires, qui intègrent également le service réseau.

Réformeur, réacteur Fischer-Tropsch et électrolyseur combinés

Afin de tester ces approches dans la pratique et de construire une installation pilote, les instituts de recherche Fraunhofer IKTS, TU Bergakademie Freiberg et TU Dresden se sont associés aux entreprises saxonnes Ökotec-Anlagenbau GmbH, Sunfire GmbH et DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH pour former une association de développement. Ökotec-Anlagenbau a mis à disposition son installation de biogaz déjà existante. Les partenaires y ont également installé un reformeur, un réacteur Fischer-Tropsch et un électrolyseur. Dans un premier temps, l'installation ainsi agrandie envoie le biogaz et la vapeur d'eau dans le reformeur, qui produit du gaz de synthèse - un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone. L'agrégat Fischer-Tropsch transforme ensuite ce gaz de synthèse en méthane, en hydrocarbures liquides et en cire. Le méthane est immédiatement réintroduit dans le processus pour chauffer le parc d'installations. Il ne reste plus que la cire et les produits liquides, dans une proportion de 50/50. Ces derniers peuvent ensuite être transformés en diesel synthétique ou en kérosène dans les raffineries.

Comme source alternative et supplémentaire de gaz de synthèse, un conteneur est amarré avec l'électrolyseur mentionné. Celui-ci est activé lorsque peu de biogaz est disponible ou lorsque l'offre en électricité est particulièrement importante en raison des pics de livraison des centrales solaires ou éoliennes. Cet électrolyseur décompose la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone en hydrogène et en monoxyde de carbone, donc à nouveau en gaz de synthèse. Il assure en outre l'approvisionnement continu de l'installation de synthèse Fischer-Tropsch, qui ne fonctionne de manière vraiment efficace que s'il y a toujours suffisamment de gaz de synthèse disponible.

Produire de l'électricité verte ou des carburants ou cires sans pétrole en fonction de la situation du marché

Une installation de biogaz équipée de cette manière a donc plusieurs possibilités de réagir aux fluctuations du marché : L'exploitant peut continuer à transformer le biogaz en électricité, par exemple à l'aide d'un moteur à gaz et d'un générateur, si les prix d'achat de l'électricité sont élevés. Si les tarifs de rachat sont bas, il se tourne vers la production de cire biogène et de carburants synthétiques. Et lorsque beaucoup d'électricité issue d'énergies renouvelables est disponible, il met en marche l'électrolyseur.

Les carburants et cires sans pétrole obtenus sont certes toujours plus chers que les produits correspondants à base d'énergie fossile, mais ils permettent de réduire les coûts de production. Ainsi, les carburants synthétiques et les cires ont un coût de production d'environ 2,50 € par kilogramme. La crise actuelle des prix de l'énergie a toutefois déjà fortement réduit les différences de coûts autrefois immenses par rapport aux produits à base de pétrole. Et même si l'on s'attend à une nouvelle baisse des prix sur les bourses du pétrole et du gaz, le besoin de nombreux secteurs industriels en sources d'énergie et en matériaux obtenus de manière durable ne cesse de croître. Les compagnies aériennes, en particulier, sont sous pression en raison de lois environnementales plus restrictives. Le gouvernement fédéral a annoncé l'introduction d'un quota obligatoire de kérosène électrique (e-kérosène) dans le carburant d'aviation traditionnel à partir de 2026.

D'autres demandes pourraient à l'avenir provenir d'autres secteurs, comme les fabricants de peintures et de vernis, qui pourraient utiliser la cire obtenue pour la fabrication d'additifs. L'industrie cosmétique et l'industrie des lubrifiants trouveront également suffisamment d'acheteurs, estime Erik Reichelt. Dans cette mesure, les exploitants d'installations de biogaz qui équipent rapidement leurs exploitations de la nouvelle technique peuvent être les premiers à répondre à cette demande du marché pour les cires biogènes. Et si ce marché partiel devait être saturé, la cire pourrait également être liquéfiée en carburant grâce à des installations supplémentaires.

Transfert à l'échelle industrielle prévu

Le passage de l'installation pilote à l'échelle industrielle est maintenant à l'ordre du jour. Pour cette phase de transfert, le Fraunhofer IKTS cherche actuellement à obtenir des fonds dans le cadre des programmes de soutien aux changements structurels dans les bassins houillers. La prochaine étape du projet consistera à concevoir une installation capable de produire plusieurs centaines de litres de produits de synthèse par heure.