biogaz carburant christchurch

Energie-Cités/ADEME
Biogaz carburant
1999
CHRISTCHURCH
(NZ)
BIOGAZ CARBURANT
Dans le secteur du transport, la recherche des municipalités pour diminuer les émissions passe par le transfert modal
de la voiture particulière vers des modes de transport préservant l’environnement (transports publics notamment), mais
aussi par la limitation des émissions des transports publics urbains et des flottes captives. Plusieurs municipalités se
sont lancées dans des expériences de valorisation énergétique d’une énergie renouvelable qui provient des déchets
ménagers et/ou agricoles ainsi que des stations d'épuration des eaux usées : le biogaz carburant. C’est le cas à
Christchurch.
ASPECTS GENERAUX
Située sur la côte est, à l’entrée d’une riche
plaine
agricole
(plaine
de
Canterbury),
Christchurch,
Ville
de
Nouvelle-Zélande,
comprend environ 300 000 habitants. La Ville fut
fondée en 1848 par des immigrants anglicans.
Elle est la troisième du pays et le deuxième
centre industriel : énergie hydroélectrique,
industries alimentaires (viande, produits laitiers),
textiles (laine), mécaniques (outils), du meuble,
équipement de transport, produits en bois et
liège, matières plastiques, etc. Son port,
Lyttelton, est situé à proximité de la ville
(exportation de laine, viande, produits laitiers et
blé).
Christchurch
EXPERIENCE DE CHRISTCHURCH (NZ)
•
La Municipalité a en charge des services très
variés : éclairage public, pompage de l’eau,
traitement des déchets, bibliothèques, piscines et
centres de loisirs, etc., de même que la gestion de
2 600 logements communaux. La consommation
énergétique annuelle induite par ces services est
d’environ 120 GWh.
le Conseil Municipal est engagé, dans ses
opérations, en matière d’efficacité énergétique
et d’utilisation rationnelle de l’énergie
(27.11.96),
• pour quelques projets et les grosses
réhabilitations comprenant une dimension
énergétique importante, une évaluation de
l’efficacité énergétique et de la durabilité des
projets doit être réalisée (27.11.96).
Ce sont des raisons économiques qui ont motivé la
municipalité à valoriser le biogaz en tant que
carburant. En 1983 en effet, quand le projet a
démarré, le coût du biogaz était de 23
cents/équivalent par litre contre 71 à 99 cents pour
4
3
un litre d’essence . Avant 1983, environ 3 000 m
3
de biogaz par jour (2 000 m de méthane) étaient
brûlés en torchère. Avec la valorisation du biogaz
en tant que carburant, tout le biogaz pouvait être
utilisé. L’expérience a duré jusqu’en 1994.
En matière d’énergie, les mesures suivantes ont
été adoptées ces dernières années et sont en cours
d’instauration :
• maîtrise de l’énergie : il est prévu que le
conseil municipal mette en oeuvre des
stratégies
visant
à
minimiser
les
consommations énergétiques, à recourir aux
énergies renouvelables chaque fois que cela
est possible et à réduire les impacts sur
l’environnement (26.11.97),
4
33
1 dollar néo-zélandais ~ 3,49 FRF
Energie-Cités/ADEME
Biogaz carburant
1999
Le site de production du biogaz
Le biogaz est produit à la station d’épuration des
eaux usées de Christchurch, laquelle traite environ
3
138 000 m d’eaux usées par jour.
Schéma de la station d’épuration des eaux usées de Christchurch
Le biogaz est produit par la digestion des boues en
condition anaérobie, c’est-à-dire en absence
3
d’oxygène, à une moyenne de 11 500 m par jour.
3
Trois digesteurs d’une capacité de 5 000 m chacun
sont utilisés. A ce stade, le biogaz brut est
composé de 64% de méthane (CH4), 34% de
soit passé dans le second étage du compresseur, il
transite par une colonne d’épuration pour y être
débarrassé du dioxyde de carbone et de
l’hydrogène sulfuré. La colonne a une hauteur de
10 mètres et un diamètre interne de 250 mm. Huit
mètres de la section centrale sont remplis de façon
aléatoire par de petits anneaux de plastique. C’est
en fait cette partie de la colonne qui finalement
permet l’épuration du biogaz.
Le principe utilisé est le suivant : il consiste à
injecter de l’eau (en pluie) par le haut de la colonne
3
à une moyenne de 4,2 m par heure et à faire
entrer le biogaz par le bas (proche de la base) à
3
une moyenne de 65 m par heure. L’eau chargée
des polluants quitte la colonne par la base puis est
déversée dans le réseau d’eaux usées, tandis qu’un
système de séchage situé en partie haute de la
colonne enlève les gouttelettes d’eau du gaz quand
il en sort. A ce stade, le biogaz se compose à 99%
de méthane et comprend moins de 5 ppm
d’hydrogène sulfuré, le reste étant principalement
de l’air. Ensuite, le biogaz passe par les troisième
et quatrième étages du compresseur, d’où il sort à
une pression maximale de 25 Mpa (250 bar). La
prochaine étape du processus est l’injection dans le
3
gaz épuré d’environ 50 cm de méthanol par heure,
après quoi il passe par un système de séchage et
de réfrigération du gaz afin d’abaisser le point de
condensation à environ 3° C. Cette étape est
nécessaire pour prévenir les formations d’hydrates
qui bloquent les tuyaux et valves. Le gaz pénètre
ensuite dans trois groupes de stockage composés
de 20 cascades,
lesquels sont
remplis
successivement grâce à un système de valve
automatique. Le gaz est alors délivré aux véhicules
La colonne d’épuration
du biogaz
dioxyde de carbone (CO2) et 0,05% d’hydrogène
sulfuré (H2S). Depuis les digesteurs, une conduite
permet d’acheminer le gaz à une pression de 172
kPa jusqu’au compresseur. La pression du gaz y
est alors réduite à 76 kPa avant d’entrer dans le
premier étage du compresseur. Après que le gaz
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Biogaz carburant
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dans le sens inverse du remplissage des cascades
(la dernière remplie est la première utilisée). Un
véhicule est rempli lorsque la pression dans un
groupe de stockage est de 90%. Dès lors, le
système automatique de remplissage passe au
prochain groupe de stockage qui a la pression la
plus élevée. Il en va ainsi jusqu’à ce que le
système de remplissage des véhicules atteigne
16,5 MPa (165 bar). En procédant ainsi, environ
50% du gaz stocké peut être utilisé. Si toutes les
cascades étaient couplées les unes aux autres, il
ne serait possible d’utiliser que 28% du gaz stocké.
Après ce seuil en effet, la pression dans les
cascades ne serait pas suffisante pour remplir
complètement les véhicules.
Un véhicule faisant le plein de biogaz au
“ Christchurch Drainage Board ”
Chronologie des événements
Nov. 80
Avril 82
06.08.82
23.09.82
27.09.82
19.10.82
01.11.82
09.11.82
22.11.82
29.11.82
03.12.82
20.12.82
09.02.83
17.02.83
18.02.83
27.05.83
23.06.83
29.06.83
Proposition faite au syndicat de traitement des eaux usées (“ Christchurch Drainage Board ”) pour que le
biogaz soit utilisé pour faire fonctionner les véhicules de ce même syndicat
Etude détaillée présentée aux membres du syndicat ; accord donné le même jour pour construire une
station de remplissage et convertir 38 véhicules
Commande de la colonne d’épuration du biogaz
Commande des premiers équipements pour le site
Début des travaux de génie civil
Fin des travaux de pose de la conduite de gaz
Début de la conversion des premiers véhicules
Construction des fondations de la colonne d’épuration
Début de la construction des installations mécaniques
Livraison du compresseur de gaz
Installation de la colonne d’épuration du gaz
Connexion des points de remplissage
Mise en marche du système air
Mise en marche du système gaz
Introduction des premiers véhicules
Mise en marche du système de séchage et de réfrigération du gaz
Mise en marche du dynamomètre
Commande de l’équipement servant à injecter le méthanol
fonctionner les véhicules s’est élevé à 340 000
Dollars néo-zélandais par an.
Aspects économiques
Le compresseur, le système d’extraction du gaz, le
système de stockage du gaz, la station de
remplissage, la conversion de 70 véhicules et le
dynamomètre pour l’atelier de maintenance des
véhicules ont coûté au total 340 000 Dollars néozélandais.
Si l’on fait la comparaison avec la solution
“ essence ”, l’utilisation du biogaz comme carburant
a permis de réaliser une économie annuelle de
140 000 Dollars néo-zélandais Cette économie
aurait été de 60 000 Dollars néo-zélandais si la
comparaison avait concerné la solution “ gazole ”. Il
est à noter qu’une taxe de 9 cents était appliquée
3
par m de biogaz carburant produit (“ road tax ”).
3
Le coût de production d’un m de biogaz était de 23
cents, soit 965 000 Dollars néo-zélandais par an
pour la quantité totale produite (prix 1985), dont
une part seulement était utilisée comme carburant
pour véhicules. Le coût total de production du
biogaz (depuis sa production jusqu’à sa distribution
en passant par son traitement) utilisé pour faire
Le projet a été financé en totalité sur fonds propres
de la Municipalité de Christchurch et le temps de
retour sur investissement a été de deux années et
demie.
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Biogaz carburant
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usées (“ Christchurch Drainage Board ”) qui a
supervisé l’ensemble des opérations entre 1983 et
1989 et à partir de 1990 la Municipalité de
Christchurch. La compagnie Caltex Oil Ltd était le
seul autre partenaire du projet.
Les partenaires impliqués
La conception et la réalisation de l’installation est le
fruit d’ingénieurs de la Municipalité (aucun
consultant extérieur n’a été impliqué dans le
projet). C’est le syndicat de traitement des eaux
EVALUATION
L’expérience a duré jusqu’en 1994, date à laquelle
la Municipalité a modifié sa stratégie et a conclu un
accord avec le fournisseur local d’énergie afin de
produire de l’électricité à partir du biogaz produit à
la station d’épuration. La priorité n’était donc plus
de valoriser le biogaz en tant que carburant pour
véhicules. D’ailleurs, la part du biogaz destinée à
être utilisée comme carburant était passée de 8%
de la production en 1983 à 4% en 1994, différentes
raisons ayant conduit à cette baisse. On peut citer :
• un prix du gazole bas (carburant alors
considéré comme énergie alternative),
• des coûts de maintenance plus élevés et des
temps de remplissage plus longs pour les
véhicules fonctionnant au biogaz par rapport à
des véhicules conventionnels,
• une perte de puissance des véhicules après
avoir été convertis au biogaz (il n’existait pas
sur le marché de véhicules dédiés biogaz),
• un faible nombre de camions fonctionnant à
l’essence (les véhicules lourds fonctionnant le
plus souvent au gazole).
A cela venait s’ajouter le fait qu’il n’y avait qu’une
station de remplissage des véhicules située à la
station d’épuration, ce qui signifiait pour les
responsables municipaux pertes de temps et
surcoûts.
PERSPECTIVES
Depuis 1994, le biogaz produit à la station
d’épuration de Christchurch est valorisé en
électricité. Pour l’heure, il n’est pas envisagé de
relancer la production de biogaz carburant,
principalement en raison du faible coût du gazole.
POUR ALLER PLUS LOIN
Christchurch City Council
Mr. Leonid ISTKOVICH - Energy Manager
Civic offices
163-173 Tuam Street
P.O. Box 237
NZ-CHRISTCHURCH
Tél. : +64 3 371 17 93
Fax : +64 3 371 14 93
E-mail : [email protected]
Responsable du projet biogaz carburant
Alan BEARD – Pumping and Maintenance Manager
Cette fiche de cas a été réalisée par Energie-Cités grâce à la collaboration des responsables de la
Ville de CHRISTCHURCH et au soutien technique et financier de l'Agence de l'Environnement et de
la Maîtrise de l'Energie (ADEME).
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