Avec le projet FARBIO, 4D PIONEERS et le laboratoire UCCS bousculent les codes de la production de biométhane grâce à une approche scientifique disruptive.
4D PIONEERS et le laboratoire UCCS, soutenus par les Hauts de France, ont décidé d’associer leur savoir-faire pour améliorer la rentabilité des unités de production de biogaz par la conception d’une nouvelle génération de réacteurs catalytiques structurés, modulaires et compacts fabriqués par impression 3D.
Interview de Maxence RENAUX coordinateur du projet FARBIO chez 4D Pioneers.
Qu’est-ce que la méthanation, couramment confondue avec la méthanisation ?
La méthanation, à ne pas confondre avec la méthanisation (Figure 1), est un procédé chimique consistant à fabriquer du méthane (𝑪𝑯𝟒) à partir de dioxyde de carbone (𝑪𝑶𝟐) et d’hydrogène (𝑯𝟐). Cette réaction chimique, appelée réaction de Sabatier, se fait en présence d’un catalyseur et sous des conditions de température et de pression particulières. Le schéma ci-dessous explique très bien les différences entre ces 2 procédés.
Figure 1- Procédé de fabrication de biométhane par méthanisation et méthanation (source: https://methycentre.eu/concept/)
La méthanation présente beaucoup d’intérêts. D’une part, elle permet de produire du biométhane qui peut être injecté dans le réseau de gaz naturel et ainsi fournir de l’énergie verte. De plus, elle permet d’utiliser du 𝐶𝑂2, issu, soit de l’air, soit des résultats de l’activité humaine (Figure 1). Indirectement, elle participe à un processus plus global de stockage de l’énergie. En effet, la production d’électricité via les énergies renouvelables (éolien et solaire) peuvent générer des surplus de production qu’il serait intéressant de stocker afin de pouvoir les réutiliser ultérieurement. Dans cet objectif, il est possible d’utiliser cette énergie excédentaire afin de réaliser l’électrolyse de l’eau et ainsi générer de l’oxygène 𝑂2 et de l’hydrogène 𝐻2. Ce dernier peut être stocké pour être utilisé ultérieurement, par exemple comme carburant pour les véhicules équipés ou alors injecté dans un réacteur de méthanation pour être transformé en méthane en combinaison avec le CO2.
Ainsi, en plus de valoriser l’hydrogène vert, le procédé de méthanation permet également de valoriser le dioxyde carbone issus de la méthanisation de déchets organiques. La méthanation est donc un procédé vert, qui permet de produire du biométhane qui pourrait pleinement contribuer aux objectifs de la transition énergétique pour une croissance verte.
Quelle est la situation actuelle et quels sont les objectifs de la France et de l’Europe pour la production de biométhane ?
En France, l’injection de biométhane (issue de la méthanation et de la méthanisation) dans le réseau de gaz a bondi de plus de 80% entre 2019 et 2020.
Mais cela ne suffit absolument pas au regard des événements géopolitiques récents (guerre en Ukraine et envolée des prix du gaz) et des problèmes d’approvisionnement en gaz naturel. Le gouvernement français a un objectif clair d’intensifier la production de biogaz.
C’est également vrai pour l’Europe qui veut multiplier par 10 la production de biométhane pour atteindre 35 milliards de mètres cubes en quelques années.
La nouvelle génération de réacteur catalytique développée dans le projet FARBIO va sans aucun doute contribuer de façon significative à l’effort Européen.
Que pouvez-vous nous dire du projet FARBIO sans enfreindre les règles de confidentialité du projet?
Le projet FARBIO a pour but d’élaborer un réacteur catalytique de méthanation nouvelle génération améliorant la rentabilité des unités de production de biogaz en augmentant la quantité de biométhane qui en est issue.
La fabrication additive s’avère être un procédé de choix pour développer ce nouveau réacteur catalytique. En effet, elle rend possible la fabrication de géométries complexes et novatrices, difficilement réalisables par les procédés de mise en forme conventionnels.
Nous allons travailler sur différentes briques technologiques incluant la conception du support catalytique, le choix du matériau, sa fabrication par impression 3D, le traitement de surface, la caractérisation et mise en situation des performances du réacteur.
Ce projet est en parfaite adéquation avec nos deux savoir-faire : la catalyse et la valorisation du CO2 pour l’UCCS, la fabrication additive hybride et la formulation de matériaux fonctionnels et imprimables pour 4D Pioneers.
Un beau challenge à la fois scientifique et industriel en perspective pour les deux équipes qui comptent bien le relever en mettant en commun leurs compétences techniques et scientifiques.