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Chef de file :
Intégration de la filière biogaz dans la
nouvelle bioéconomie
Juillet 2016 – juin 2019
Perséphone :
Production d’Energies RenouvelableS, Engrais et Produits
Harmonieux d’Origines NaturElles
Projet européen INTERREG VA
• Cofinanceurs :
• Budget :
 4 121 359,92 € avec taux de cofinancement FEDER de 60 %
Partenariat :
• 1 chef de file :
• 6 partenaires scientifiques :
• 5 installations :
• 2 partenaires industriels :
• 2 partenaires méthodologiques :
P E R S E P H O N E
Impact économique – Faisabilité – Horizon 2020-2030
Communication – Dissémination – Utilisateurs finaux – Centre de Compétence Biogaz en Grande Région
Coordination - Gestion
Digestion
anaérobie
Partenariat
scientifique
et technique
Prototype H2
Biogaz enrichi
Action 3
Electricité
renouvelable
Biogaz
Culture d’algues
Prototype raffinage
Fractionnement
Eau + N + P + K
Fractions solides
Fractions liquides
Action 4
Action 3
CH4
Liquide
Fuels
Protéines
Alimentation
animale
Bioplastiques
Impact environnemental (air-eau-sol)
Protection des sols et des nappes phréatiques
Fertilisants
Parcelles en Grande Région (BE – DE – FR – LU)
Lysimètres (conditions contrôlées)
 Qualité de l’eau dans les sols
Action 5
H2 + CO2
Lipides
Matières organiques
Biopolymères
Economie
circulaire
Bio économie
2020 - 2030
E
N
E
R
G
I
E
Action 1
Action 2
Action 7
Action 6
M
A
T
I
E
R
E
SDigestat
Digestat
Chaleur
Digestion anaérobie
Bioraffinage
Biogaz
Nutriments
Matière fertilisante
Energie renouvelable
Productions agricoles
Alimentation
Industrie PERSEPHONE
2030
A3: Intégration de la filière biogaz dans le mix
énergétique
• Production
renouvelable
Intermittente
• Conversion des
crètes  CH4
H2 + CO2 CH4
(Sabatier)
Microbiology
14 500 unités en Europe
300 injectent le bio-CH4
+ieurs mois de stockage !
Biométhanisation et énergie : ajout H2 dans les réacteurs
Deux laboratoires dédiés (sécurité et H2) chez ENSAIA (FR)
et LIST (LU) sont opérationnels.
ENSAIA: 1 pilote 100 L, 1 nouvelle technologie (fonds
propres)
LIST: 4 pilotes de 5 L pour tester différentes configurations
de matériaux favorisant le transfert de l’H2 directement
vers les microbes (transfert Hydroschell vers Perséphone)
2018 : sélection de la meilleure technologie/configuration
pour développement du pilote dédié aux tests sur sites
agricoles par un effort conjoint LIST et ENSAIA.
3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat
List-UL Ensaia-Ama Mundu Technologies
7
A3: Intégration de la filière biogaz dans
l’économie bio-basée
Raffinage du digestat:
Engrais organiques formulés
Eau
Bio-composés ?
3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat
Raffinage du digestat
Liquid digestate:
Mass = 454 g
N-NH4 = 2,52 g L-1
pH = 7,63
Concentrate:
Mass = 320 g (70%)
N-NH4 = 0,48 g L-1 (13%)
pH = 8,44
Condensate:
Mass = 134 g (30%)
N-NH4 = 6,3 g L-1 (84%)
pH = 9 ,41
One working hour:
• Essais de fractionnement de l’eau et de
l’ammoniac
• Développement banc d’essai évaporateur –
batch de 5 L
• Etat de l’art techniques d’évaporation sous-
vide. Applications sur digestats
• Développement évaporateur de laboratoire
en circulation forcée (évaporation flash,
ultra-sons)
• Cible de 30 % atteinte ; bonne séparation N-
NH4
• Upscaling des ultra-sons ???
Au laboratoire
Digestate
feedstock
Hygenized
P, K, Ca,
Mg, C
concentrate
Water
stock
NH3
Accumula
tion
Digestate line
(liquid fraction)
retentate
line
Evaporator
70 to 80°C
- 0,5 to -
0,85 bar
Heat source
mist
Cold source
Vapour/vacuum
line
Condensator
12°C
- 0,5 to -0,85
bar
NH3
concentrated
solution
Vapour/vacuum
line
Vacuum unit
Venturi
CO2/biogas source
High CH4 biogas
NH4HCO3
trap
9
3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat
Digestate origin Temperature (°C)
Vacuum Pressure
(bars) repetitions
Mass reduction
after 180 min (%)
Standard
deviation of mass
reduction
Biopower
Tongeren liquid
phase
80
-0.6 1 5.16
-0.55 1 2.21
-0.5 1 1.81
Faascht liquid
phase
70
-0.8 1 29.71
-0.75 1 5.19
-0.7 1 0.84
80
-0.75 1 52.12
-0.7 5 39.31 14.24
-0.65 7 27.04 13.31
-0.6 2 13.60 14.77
Kehlen liquid
phase
70
-0.8 1 26.41
-0.75 2 2.61 0.93
80
-0.7 2 26.40 3.23
-0.6 2 1.80 2.55
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Mass,NandN-NH3cumulativereductionrate(%)
Time (min
Digestat phase liquide de Kehlen, P = -0,7 bars,T= 80°C
mean N cumulative reduction mass cumulative reduction N-NH3 cumulative reduction
Fractionnement eau et ammoniac
Essais de combinaisons Température-vide-digestat
Raffinage du digestatAu laboratoire
10
3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat
• Etat de l’art des techniques en préparation de la création du pilote d’évaporation
Contraintes liées au digestat = substrat d’évaporation complexe
• Concentration élevée en particules solides
• TKN élevé : haute concentration protéique
 Risque d’encrassement des parois/échangeurs
 Phénomène de mousse
• Ammoniac corrosif
• Viscosité : liquide non newtonien. Diversité de viscosité
• Alcalinité élevée
• Dégazage important, fatigue pompe, mousse
• Technologies identifiées
• Évaporateur sous vide couplé aux ultra-sons (US)
 Up-scaling : problème de sécurité (1500 W/unité US)
• Évaporateur à film fin mélangé
• Flash-détente
• Combinaison Flash-détente/évaporateur
Raffinage du digestat
parameter range comments
Dry weight (%) 5-12 Fouling, crusting, precipitation
Organic matter (%) 3-7,5 Crusting, foaming
pH 8,1-8,6
Dynamic viscosity
(mPa.s)
18-443
200-186000
Non Newtonian fluid
Thixotropic or viscoplastic
behaviour
F(DW, OM/DW)
Limit viscosity
(mPa.s)
6-36
Total ammonia
nitrogen (TAN) (g L-1)
0,52-3,41
4,37 (liquid
phase)
Corrosion hazards in
condensates
Alkalinity (gCaCo3 L-1) 7,23-19,28 Strong degassing and foaming
Total Kjeldahl (g L-1) Crusting of proteins, foaming
Critères de sélection : réduction du volume/séparation de l’azote
Performance/coût en cours
Au laboratoire
11
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
• Unité industrielle de fractionnement d’Ama Mundu Technologies pour produire des
concentrats pour les essais de cultures de microalgues (Action 4) et les essais de
fertilisation (Action 5)
3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat
List-UL Ensaia-Ama Mundu Technologies
Sur le terrain
Digestat
Phase solide
Nanofiltration Osmose inverse
Eau
Phase
liquide
Séparation
liquide/solide
2 m3/h
Concentrat NF
Concentrat OI
• Deux phases de production (Faascht) :
27-29 mars 2017
12-30 juin 2017 12
A5: Intégration de la filière biogaz dans la production
de fertilisants durables (NPK)
• Nitrogen – N NG = 1 000 m3 / t NH3
• synthetized from atmospheric N2 with natural gas = 60-100 years of BAU
• NG reserves are shared for 50% by the triangle Russia (26%) Iran (18%) Qatar (13%)
• The actual WWTP are a global non-sense !
• Half of the world population lives thanks to the Haber-Bosch process !!!
• Phosphorous - P
• mostly not recycled, 86 % of the mined P ends up in the oceans
• World stocks = 100 – 260 years of BAU
• Morocco (70%), China (5%), Algeria, Syria, Finland (3% each), others < 2% !!!
• Potassium - K
• Mines are mainly located in two spots
• World stocks = 200-300 years of BAU
• Canada (46%) and Russia (35%)
L’Europe est dépendante
 Fermer les cycles
• Autarcie et fertilisants
• Observations de terrain
• Résistance à la sécheresse
• Bon rapport trèfle/monocots
• Pénétration dans le sol
• L’azote dans les digestat =
Norg et N-NH4
+
• Le sol ne retient pas le NO3
-
• L’absorption et assimilation du NO3
-
coûte de l’énergie à la plante
• La racine stimulée par NH4
+ va chercher
cette forme d’azote dans le sol
• La concentration en NH4
+ dans la racine
contrôle l’assimilation des deux formes
NO3
- et NH4
+
Pourquoi le digestat ?
ECOBIOGAZ – INTERREG IVA
Au long terme ???
 Perséphone
Days
0 10 20 30 40 50
CH4Nm3/tFM
0
10
20
30
40
50
60
Fresh: CH4 = 55 Nm3/t FM
Old: CH4 = 24 Nm3/t FM
6 14
Stockage du fumier: GES et Corg !
• 50% perte en BMP pendant le stockage !!! = CH4 et CO2 = GES
• Cinétique de degradation ralentie t50 = 14 vs. 6 jours
Biométhaniser le fumier le plus jeune possible !
1 t de fumier:
(MS=20%, MOS=73%) = 145 kg de MOS
produit 52 Nm3 de biogaz (60% CH4 40% CO2)
Produit 22 kg de CH4 et 41 kg de CO2 = 63 kg de biogaz
La matière organique digestible = 63 / 145 = 43%
57 % de la MO est indigestible et est restituée au sol
Près de 30% de cette fraction contribue à l’humus.
+ CO-DIGESTION de substrats organiques  bilan +
• Mise en place des vitrines agricoles en GR (192 parcelles) en GR avec 9 à 17 variantes de
fertilisation :
• Protocoles des vitrines
A. Fertilisation
I. Législation
II. Pratiques agricoles
B. Echantillonnage
I. Agra-Ost: paramètres agronomiques
II. Ulg-Arlon: caractérisation des sols
III. List: diversité de la flore microbienne
IV. UL-Ensaia: activité microbienne
Consensus sur le Protocol
Agra Ost – ULg Arlon – List – UL Ensaia et fermes pilotes
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
17
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
5.A Législation
• Le PGDA belge en prairie a été pris comme référence :
 230 kg N/ha fertilisation organique
 350 kg N/ha fertilisation chimique
 Période d’interdiction d’épandage du 1.10 au 15.1
18
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
5.B La pratique agricole
Efficacité de l'azote du lisier (moyenne de 93-94-96-97-98)
-2
0
2
4
6
8
10
12
lisier en
automne
lisier en hiver lisier au
printemps
lisier après la
1re coupe
lisier après la
2me coupe
lisier après la
3me coupe
kgM.S./kgNtotépandu
9/11 19/2 10/4 27/5 8/7 21/8 19
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
5.B La pratique agricole
CroissancejournalièreenkgMS/ha
printemps été automne
Croissance journalière au max. en printemps
=> absorption de nutriment proportionnel à la croissance 20
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
Répartition de l’azote sur l’année
230 kg Ntot/ha
(100/45/40/45)
350 kg Ntot/ha
(100/100/100/50)
Interdiction d’épandage
Fertilisation (+ quantité de N) 21
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
5.B La pratique agricole
Réduction de l’activité de minéralisation en été /
Rückgang der Mineralisierung im Sommer
22
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Répartition de l’azote chimique sur l’année
230 kg total
Org. : 170 kg Ntot/ha
(100/35/0/35)
Chem. : 60 kg Ntot/ha
(0/10/40/10)
350 kg total
Org : 230 kg Ntot/ha
(100/45/40/50)
Chem. : 120 kg Ntot/ha
(0/55/60/5)
Azote chimique épandu en été
23
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux
Variantes de fertilisation
Quantité d’azote
total/ha
Attert Emmels Erpeldange La Bouzule Steinborn
Témoin 0 X X X X X
Digestat brut
230
X X X X X
Phase liquide X
Phase solide X
Concentrât nanofiltration X X
Concentrât osmose inverse X X
Digestat séché X
Digestat brut + NH4NO3 X X
Digestat brut + (NH4)2SO4 X X
Digestat brut + urée X X
Digestat local X X X X X
Lisier brut X X X X X
NH4NO3 X X X X X
Urée X
24
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Variantes de fertilisation Quantité d’azote
total/ha
Attert Emmels La Bouzule
Digestat local
350
X X X
Digestat brut + NH4NO3 X
Digestat brut+ ammonium X
Digestat brut+ urée X
Ammonium X
Nitrate X
urée X
NH4NO3 X
25
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
Echantillonnage (2017)
• Analyse de sol
Analyse classique /
(pH, Humus, P, K,
Ca, Mg, Na)
Analyse activité
microbienne
Analyse APL/ Nmin
Récolte de fourrage
Interdiction d’épandage 26
Essais en laboratoire
• Prélèvement et caractérisation des sols de 3 sites expérimentaux :
St Vith, Grendel, La Bouzule
• Culture en pots (ray-grass italien)
• Témoin plus fertilisation avec l’équivalent de 20 m³/ha avec les
digestats des 5 installations partenaires :
• 63 variantes (3 répétitions)
• Suivi de la production de biomasse
• Suivi des émissions de gaz à effet de serre
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
27
Approche lysimétrique
• Les lysimètres sont en cours de construction (60 unités)
• Ils seront installés sur le site de NGK
• 3 types de sols seront étudiés : St Vith, Grendel, La Bouzule
• 6 variantes (3 répétitions): 54 Lysimètres (6 rechanges)
 1. Témoin
 2. Dig. brut Faascht à 230 UN
 3. Lisier bovin local à 230 UN
 4. Dig. brut Faascht à 170 UN + NH4NO3* à 60 UN
 5. Dig. brut Faascht à 170 UN + (NH4)2SO4* à 60 unités N
 6. Dig. brut Faascht à 170 UN + Urée à 60 UN
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
28
Bougies poreuses• 2 sites seront suivis :
 La Bouzule
 St Vith
• 4 variantes de fertilisation avec 4 répétitions :
 Témoin
 Digestat brut à 350 unités N
 Nitrate d’ammonium à 230 unités N
 Digestat brut à 170 unités N + nitrate d’ammonium à 60 unités N
• Planning :
 Installation hiver 2017
5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols
et la qualité des eaux
29
Sustain Water-Agria Lorraine
4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
Electricité
Chaleur
Biogaz
CO2
Extrait de digestat
(nutriments)
Intrants
Cogénération
Biométhanisation
Filtration membranaire
Digestat
Culture de
microalgues
Eau épurée Biomasse algale 30
• Mise en place de trois réacteurs pour la culture d’algues en serre :
Sustain Water-Agria Lorraine
4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
31
Sustain Water-Agria Lorraine
4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés
• Premier essai avec fraction osmose inverse
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
2500 mg/l N-NH4
72 mg/l P-PO4
3500 mg/l DCO
Rétentat osmose inverse
Fractionnement du digestat brut par Ama Mundu
32
Sustain Water-Agria Lorraine
4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés
Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables
Augmentation progressive
des doses de rétentat
Actuellement 2l/jour
Pilote témoin
(solution synthétique)
Pilote test
(rétentat osmose + P)
Rétentat Eau du chenal
Eau du chenal
N-NH4 traité : 2,5 g/jour/m2
Productivité : 5,1 g/jour/m2
(poids sec)
33
Merci de votre attention
La biométhanisation
peut gérer à elle seule
près de 10% des
émissions globales de
gaz à effet de serre !
Dante Gabriel Rossetti (1828-1882)
8% 2-3% 10%

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LUXEMBOURG CREATIVE 2017 : Perséphone

  • 1. Chef de file : Intégration de la filière biogaz dans la nouvelle bioéconomie Juillet 2016 – juin 2019 Perséphone : Production d’Energies RenouvelableS, Engrais et Produits Harmonieux d’Origines NaturElles
  • 2. Projet européen INTERREG VA • Cofinanceurs : • Budget :  4 121 359,92 € avec taux de cofinancement FEDER de 60 %
  • 3. Partenariat : • 1 chef de file : • 6 partenaires scientifiques : • 5 installations : • 2 partenaires industriels : • 2 partenaires méthodologiques :
  • 4. P E R S E P H O N E Impact économique – Faisabilité – Horizon 2020-2030 Communication – Dissémination – Utilisateurs finaux – Centre de Compétence Biogaz en Grande Région Coordination - Gestion Digestion anaérobie Partenariat scientifique et technique Prototype H2 Biogaz enrichi Action 3 Electricité renouvelable Biogaz Culture d’algues Prototype raffinage Fractionnement Eau + N + P + K Fractions solides Fractions liquides Action 4 Action 3 CH4 Liquide Fuels Protéines Alimentation animale Bioplastiques Impact environnemental (air-eau-sol) Protection des sols et des nappes phréatiques Fertilisants Parcelles en Grande Région (BE – DE – FR – LU) Lysimètres (conditions contrôlées)  Qualité de l’eau dans les sols Action 5 H2 + CO2 Lipides Matières organiques Biopolymères Economie circulaire Bio économie 2020 - 2030 E N E R G I E Action 1 Action 2 Action 7 Action 6 M A T I E R E SDigestat Digestat Chaleur
  • 5. Digestion anaérobie Bioraffinage Biogaz Nutriments Matière fertilisante Energie renouvelable Productions agricoles Alimentation Industrie PERSEPHONE 2030
  • 6. A3: Intégration de la filière biogaz dans le mix énergétique • Production renouvelable Intermittente • Conversion des crètes  CH4 H2 + CO2 CH4 (Sabatier) Microbiology 14 500 unités en Europe 300 injectent le bio-CH4 +ieurs mois de stockage !
  • 7. Biométhanisation et énergie : ajout H2 dans les réacteurs Deux laboratoires dédiés (sécurité et H2) chez ENSAIA (FR) et LIST (LU) sont opérationnels. ENSAIA: 1 pilote 100 L, 1 nouvelle technologie (fonds propres) LIST: 4 pilotes de 5 L pour tester différentes configurations de matériaux favorisant le transfert de l’H2 directement vers les microbes (transfert Hydroschell vers Perséphone) 2018 : sélection de la meilleure technologie/configuration pour développement du pilote dédié aux tests sur sites agricoles par un effort conjoint LIST et ENSAIA. 3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat List-UL Ensaia-Ama Mundu Technologies 7
  • 8. A3: Intégration de la filière biogaz dans l’économie bio-basée Raffinage du digestat: Engrais organiques formulés Eau Bio-composés ?
  • 9. 3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat Raffinage du digestat Liquid digestate: Mass = 454 g N-NH4 = 2,52 g L-1 pH = 7,63 Concentrate: Mass = 320 g (70%) N-NH4 = 0,48 g L-1 (13%) pH = 8,44 Condensate: Mass = 134 g (30%) N-NH4 = 6,3 g L-1 (84%) pH = 9 ,41 One working hour: • Essais de fractionnement de l’eau et de l’ammoniac • Développement banc d’essai évaporateur – batch de 5 L • Etat de l’art techniques d’évaporation sous- vide. Applications sur digestats • Développement évaporateur de laboratoire en circulation forcée (évaporation flash, ultra-sons) • Cible de 30 % atteinte ; bonne séparation N- NH4 • Upscaling des ultra-sons ??? Au laboratoire Digestate feedstock Hygenized P, K, Ca, Mg, C concentrate Water stock NH3 Accumula tion Digestate line (liquid fraction) retentate line Evaporator 70 to 80°C - 0,5 to - 0,85 bar Heat source mist Cold source Vapour/vacuum line Condensator 12°C - 0,5 to -0,85 bar NH3 concentrated solution Vapour/vacuum line Vacuum unit Venturi CO2/biogas source High CH4 biogas NH4HCO3 trap 9
  • 10. 3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat Digestate origin Temperature (°C) Vacuum Pressure (bars) repetitions Mass reduction after 180 min (%) Standard deviation of mass reduction Biopower Tongeren liquid phase 80 -0.6 1 5.16 -0.55 1 2.21 -0.5 1 1.81 Faascht liquid phase 70 -0.8 1 29.71 -0.75 1 5.19 -0.7 1 0.84 80 -0.75 1 52.12 -0.7 5 39.31 14.24 -0.65 7 27.04 13.31 -0.6 2 13.60 14.77 Kehlen liquid phase 70 -0.8 1 26.41 -0.75 2 2.61 0.93 80 -0.7 2 26.40 3.23 -0.6 2 1.80 2.55 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Mass,NandN-NH3cumulativereductionrate(%) Time (min Digestat phase liquide de Kehlen, P = -0,7 bars,T= 80°C mean N cumulative reduction mass cumulative reduction N-NH3 cumulative reduction Fractionnement eau et ammoniac Essais de combinaisons Température-vide-digestat Raffinage du digestatAu laboratoire 10
  • 11. 3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat • Etat de l’art des techniques en préparation de la création du pilote d’évaporation Contraintes liées au digestat = substrat d’évaporation complexe • Concentration élevée en particules solides • TKN élevé : haute concentration protéique  Risque d’encrassement des parois/échangeurs  Phénomène de mousse • Ammoniac corrosif • Viscosité : liquide non newtonien. Diversité de viscosité • Alcalinité élevée • Dégazage important, fatigue pompe, mousse • Technologies identifiées • Évaporateur sous vide couplé aux ultra-sons (US)  Up-scaling : problème de sécurité (1500 W/unité US) • Évaporateur à film fin mélangé • Flash-détente • Combinaison Flash-détente/évaporateur Raffinage du digestat parameter range comments Dry weight (%) 5-12 Fouling, crusting, precipitation Organic matter (%) 3-7,5 Crusting, foaming pH 8,1-8,6 Dynamic viscosity (mPa.s) 18-443 200-186000 Non Newtonian fluid Thixotropic or viscoplastic behaviour F(DW, OM/DW) Limit viscosity (mPa.s) 6-36 Total ammonia nitrogen (TAN) (g L-1) 0,52-3,41 4,37 (liquid phase) Corrosion hazards in condensates Alkalinity (gCaCo3 L-1) 7,23-19,28 Strong degassing and foaming Total Kjeldahl (g L-1) Crusting of proteins, foaming Critères de sélection : réduction du volume/séparation de l’azote Performance/coût en cours Au laboratoire 11
  • 12. Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables • Unité industrielle de fractionnement d’Ama Mundu Technologies pour produire des concentrats pour les essais de cultures de microalgues (Action 4) et les essais de fertilisation (Action 5) 3. Diversification des installations : H2 et raffinage du digestat List-UL Ensaia-Ama Mundu Technologies Sur le terrain Digestat Phase solide Nanofiltration Osmose inverse Eau Phase liquide Séparation liquide/solide 2 m3/h Concentrat NF Concentrat OI • Deux phases de production (Faascht) : 27-29 mars 2017 12-30 juin 2017 12
  • 13. A5: Intégration de la filière biogaz dans la production de fertilisants durables (NPK) • Nitrogen – N NG = 1 000 m3 / t NH3 • synthetized from atmospheric N2 with natural gas = 60-100 years of BAU • NG reserves are shared for 50% by the triangle Russia (26%) Iran (18%) Qatar (13%) • The actual WWTP are a global non-sense ! • Half of the world population lives thanks to the Haber-Bosch process !!! • Phosphorous - P • mostly not recycled, 86 % of the mined P ends up in the oceans • World stocks = 100 – 260 years of BAU • Morocco (70%), China (5%), Algeria, Syria, Finland (3% each), others < 2% !!! • Potassium - K • Mines are mainly located in two spots • World stocks = 200-300 years of BAU • Canada (46%) and Russia (35%) L’Europe est dépendante  Fermer les cycles
  • 14. • Autarcie et fertilisants • Observations de terrain • Résistance à la sécheresse • Bon rapport trèfle/monocots • Pénétration dans le sol • L’azote dans les digestat = Norg et N-NH4 + • Le sol ne retient pas le NO3 - • L’absorption et assimilation du NO3 - coûte de l’énergie à la plante • La racine stimulée par NH4 + va chercher cette forme d’azote dans le sol • La concentration en NH4 + dans la racine contrôle l’assimilation des deux formes NO3 - et NH4 + Pourquoi le digestat ?
  • 15. ECOBIOGAZ – INTERREG IVA Au long terme ???  Perséphone
  • 16. Days 0 10 20 30 40 50 CH4Nm3/tFM 0 10 20 30 40 50 60 Fresh: CH4 = 55 Nm3/t FM Old: CH4 = 24 Nm3/t FM 6 14 Stockage du fumier: GES et Corg ! • 50% perte en BMP pendant le stockage !!! = CH4 et CO2 = GES • Cinétique de degradation ralentie t50 = 14 vs. 6 jours Biométhaniser le fumier le plus jeune possible ! 1 t de fumier: (MS=20%, MOS=73%) = 145 kg de MOS produit 52 Nm3 de biogaz (60% CH4 40% CO2) Produit 22 kg de CH4 et 41 kg de CO2 = 63 kg de biogaz La matière organique digestible = 63 / 145 = 43% 57 % de la MO est indigestible et est restituée au sol Près de 30% de cette fraction contribue à l’humus. + CO-DIGESTION de substrats organiques  bilan +
  • 17. • Mise en place des vitrines agricoles en GR (192 parcelles) en GR avec 9 à 17 variantes de fertilisation : • Protocoles des vitrines A. Fertilisation I. Législation II. Pratiques agricoles B. Echantillonnage I. Agra-Ost: paramètres agronomiques II. Ulg-Arlon: caractérisation des sols III. List: diversité de la flore microbienne IV. UL-Ensaia: activité microbienne Consensus sur le Protocol Agra Ost – ULg Arlon – List – UL Ensaia et fermes pilotes 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables 17
  • 18. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables 5.A Législation • Le PGDA belge en prairie a été pris comme référence :  230 kg N/ha fertilisation organique  350 kg N/ha fertilisation chimique  Période d’interdiction d’épandage du 1.10 au 15.1 18
  • 19. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables 5.B La pratique agricole Efficacité de l'azote du lisier (moyenne de 93-94-96-97-98) -2 0 2 4 6 8 10 12 lisier en automne lisier en hiver lisier au printemps lisier après la 1re coupe lisier après la 2me coupe lisier après la 3me coupe kgM.S./kgNtotépandu 9/11 19/2 10/4 27/5 8/7 21/8 19
  • 20. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables 5.B La pratique agricole CroissancejournalièreenkgMS/ha printemps été automne Croissance journalière au max. en printemps => absorption de nutriment proportionnel à la croissance 20
  • 21. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables Répartition de l’azote sur l’année 230 kg Ntot/ha (100/45/40/45) 350 kg Ntot/ha (100/100/100/50) Interdiction d’épandage Fertilisation (+ quantité de N) 21
  • 22. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux 5.B La pratique agricole Réduction de l’activité de minéralisation en été / Rückgang der Mineralisierung im Sommer 22
  • 23. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Répartition de l’azote chimique sur l’année 230 kg total Org. : 170 kg Ntot/ha (100/35/0/35) Chem. : 60 kg Ntot/ha (0/10/40/10) 350 kg total Org : 230 kg Ntot/ha (100/45/40/50) Chem. : 120 kg Ntot/ha (0/55/60/5) Azote chimique épandu en été 23
  • 24. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Variantes de fertilisation Quantité d’azote total/ha Attert Emmels Erpeldange La Bouzule Steinborn Témoin 0 X X X X X Digestat brut 230 X X X X X Phase liquide X Phase solide X Concentrât nanofiltration X X Concentrât osmose inverse X X Digestat séché X Digestat brut + NH4NO3 X X Digestat brut + (NH4)2SO4 X X Digestat brut + urée X X Digestat local X X X X X Lisier brut X X X X X NH4NO3 X X X X X Urée X 24
  • 25. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Variantes de fertilisation Quantité d’azote total/ha Attert Emmels La Bouzule Digestat local 350 X X X Digestat brut + NH4NO3 X Digestat brut+ ammonium X Digestat brut+ urée X Ammonium X Nitrate X urée X NH4NO3 X 25
  • 26. 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables Echantillonnage (2017) • Analyse de sol Analyse classique / (pH, Humus, P, K, Ca, Mg, Na) Analyse activité microbienne Analyse APL/ Nmin Récolte de fourrage Interdiction d’épandage 26
  • 27. Essais en laboratoire • Prélèvement et caractérisation des sols de 3 sites expérimentaux : St Vith, Grendel, La Bouzule • Culture en pots (ray-grass italien) • Témoin plus fertilisation avec l’équivalent de 20 m³/ha avec les digestats des 5 installations partenaires : • 63 variantes (3 répétitions) • Suivi de la production de biomasse • Suivi des émissions de gaz à effet de serre 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux 27
  • 28. Approche lysimétrique • Les lysimètres sont en cours de construction (60 unités) • Ils seront installés sur le site de NGK • 3 types de sols seront étudiés : St Vith, Grendel, La Bouzule • 6 variantes (3 répétitions): 54 Lysimètres (6 rechanges)  1. Témoin  2. Dig. brut Faascht à 230 UN  3. Lisier bovin local à 230 UN  4. Dig. brut Faascht à 170 UN + NH4NO3* à 60 UN  5. Dig. brut Faascht à 170 UN + (NH4)2SO4* à 60 unités N  6. Dig. brut Faascht à 170 UN + Urée à 60 UN 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux 28
  • 29. Bougies poreuses• 2 sites seront suivis :  La Bouzule  St Vith • 4 variantes de fertilisation avec 4 répétitions :  Témoin  Digestat brut à 350 unités N  Nitrate d’ammonium à 230 unités N  Digestat brut à 170 unités N + nitrate d’ammonium à 60 unités N • Planning :  Installation hiver 2017 5. Le digestat en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux 29
  • 30. Sustain Water-Agria Lorraine 4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables Electricité Chaleur Biogaz CO2 Extrait de digestat (nutriments) Intrants Cogénération Biométhanisation Filtration membranaire Digestat Culture de microalgues Eau épurée Biomasse algale 30
  • 31. • Mise en place de trois réacteurs pour la culture d’algues en serre : Sustain Water-Agria Lorraine 4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables 31
  • 32. Sustain Water-Agria Lorraine 4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés • Premier essai avec fraction osmose inverse Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables 2500 mg/l N-NH4 72 mg/l P-PO4 3500 mg/l DCO Rétentat osmose inverse Fractionnement du digestat brut par Ama Mundu 32
  • 33. Sustain Water-Agria Lorraine 4. Production d’algues dans la GR pour de nouveaux marchés Biométhanisation, digestat et productions agricoles durables Augmentation progressive des doses de rétentat Actuellement 2l/jour Pilote témoin (solution synthétique) Pilote test (rétentat osmose + P) Rétentat Eau du chenal Eau du chenal N-NH4 traité : 2,5 g/jour/m2 Productivité : 5,1 g/jour/m2 (poids sec) 33
  • 34. Merci de votre attention
  • 35. La biométhanisation peut gérer à elle seule près de 10% des émissions globales de gaz à effet de serre ! Dante Gabriel Rossetti (1828-1882) 8% 2-3% 10%