Brochure - TerraNova Energy

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TerraNova® Ultra
Nouvelle méthode de valorisation des boues d´épuration Solution d´avenir rentable et innovante
Signes particuliers
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Rentabilité
Respect de l´environnement
Efficacité énergétique
Nombreuses récompenses – Pratique éprouvée
TerraNova Energy est
Global Technology Partner du Groupe Suez
TerraNova Energy GmbH
Königsberger Strasse 100
40231 Düsseldorf
www.terranova-energy.com
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Valorisation des boues d´épuration au lieu d´élimination onéreuse
Produire de l´énergie et utiliser les substances nutritives
1.
Situatio n
Traitement des boues d´épuration en
Allemagne :
Coûts élevés sans contrepartie
Grâce à l´efficacité du traitement des eaux pratiqué en
Allemagne 10 millions de tonnes de boues d´épuration sont
produites chaque année1 . Ces boues d´épuration représentent
une biomasse à forte teneur en eau, en énergie et en
nutriments. Pourtant, les exploitants de stations d´épuration
continuent à s´ingénier à les éliminer au lieu de les valoriser,
ce qui les met face à un défi économique et écologique
énorme. Jusqu´ici la valorisation intelligente, économique et
écologique des boues d´épuration – indispensable à moyen
terme – ne joue pas de rôle significatif dans la pratique.
Quelques chiffres montrent que le besoin d´intervention est
pressant:
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En Allemagne les coûts d´élimination des boues
d´épuration s´élèvent à près de 400 millions d´euros par
an2 .
La méthode la plus courante actuellement qui consiste
à incinérer les boues d´épuration déshydratées présente
un bilan énergétique négatif et émet du CO23 – le terme
« valorisation » thermique n´est qu´un euphémisme.
En général, l´incinération ne permet pas de récupérer
les substances nutritives et est, en outre, beaucoup
plus onéreuse.
Dans un proche avenir, l´épandage de fertiliseurs sur les
surfaces agricoles sera interdit. Or, il permet de
recycler actuellement un tiers des quantités de boues
d´épuration produites, même si cette technique est
controversée à cause de sa teneur en polluants.
En d´autres termes: Il faut disposer d´une méthode qui
permette de valoriser économiquement les boues d´épuration
et qui remplisse les conditions suivantes :
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Convaincre les exploitants de stations d´épuration grâce
à un avantage au niveau des coûts.
Garantir l´élimination des substances polluantes.
Permettre la récupération de substances nutritives de
manière sûre et efficace.
Utiliser l´énergie contenue dans les boues d´épuration
au lieu de dépenser de l´énergie supplémentaire pour
leur élimination.
Permettre une gestion décentralisée pour diminuer au
maximum les coûts de transports et les nuisances
écologiques liés au transport des boues d´épuration.
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2 Mio de matière sèche par an: Elimination des boues d´épuration en
République Fédérale d´Allemagne, Agence Fédérale de l´Environnement 2012, p.
5
2
Estimation issue : Agence Fédérale de l´Environnement 2012, p. 50, 51, 57
3
Agence Fédérale de l´Environnement 2012, S. 22
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Pouvoir intégrer cette technologie dans n´importe quel
site d´épuration sans pour autant intervenir dans le
processus d´épuration lui-même.
Avec son procédé TerraNova® Ultra la société TerraNova
Energy a mis au point une technique qui répond à toutes ces
exigences. Cette méthode repose sur la technologie de la
carbonisation hydrothermale (HTC), grâce à laquelle la
biomasse est déshydratée puis « transformée » en charbon
biologique.
Le procédé TerraNova® Ultra a été testé avec succès sur le
long terme sur plusieurs sites d´épuration en Europe. De
plus, la fonctionnalité et les avantages de la méthode
TerraNova® Ultra - soutenue par des fonds publics et
récompensée à plusieurs reprises – ont été confirmés par de
nombreuses études scientifiques.
2.
L e pr o c é dé
Procédé TerraNova® Ultra:
Boues d´épur. + HTC = Energie + Nutriments –
Coûts
Le procédé TerraNova® Ultra repose sur l´utilisation de la
HTC qui reproduit le processus naturel de formation du
charbon en l´accélérant considérablement.
Pour ce faire, la boue d´épuration „carbonisée“ en deux
heures à une température d´env. 200°C et une pression de 20
bis 35 bar sous vide d´air est transformée en un combustible
comparable au lignite.
Comparativement à la boue d´épuration, ce combustible ne
contient qu´une très faible quantité d´eau. Grâce à sa forte
densité énergétique il peut être utilisé pour approvisionner
les centrales électriques au lignite ou pour permettre aux
cimenteries et aux usines d´incinération de diminuer leur
dépense en énergie.
Le procédé HTC permet aussi de restituer l´eau extraite de la
boue d´épuration. Ce filtrat HTC est pauvre en matières
polluantes, stérilisé et riches en nutriments car il contient
une grande partie du phosphore contenu dans la boue. Le
phosphore récupéré au cours du processus peut être utilisé
comme fertiliseur organique ; son efficacité par rapport à
des fertiliseurs disponibles dans le commerce a été
confirmée par des études comparatives.
Le procédé TerraNova® Ultra remplit donc tous les critères
caractérisant une valorisation économiquement efficace au
niveau économique et soutenable au niveau environnemental.
1
3.
Avantage s
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Ex: L´utilisation du procédé TerraNova® Ultra dans la station
d´épuration d´une ville de 100.000 hab. permet d´économiser
1.220 tonnes de CO2 /an5 - davantage que ne peut extraire un
km2 de forêt de l´atmosphère!
Rentabilité:
45 euros/to : la valorisation est plus rentable
que l´élimination par incinération. Les coûts
diminuent, au fur et à mesure que la taille des
stations augmente.
Respect de l´environnement:
En matière d´élimination et de valorisation de boues
d´épuration les coûts dépendent de plusieurs facteurs
décisifs, comme par exemple la taille et l´équipement
technique des stations d´épuration, la méthode de
déshydratation choisie, les impératifs techniques et
l´accessibilité des sites d´incinération.
Les substances polluantes sont craquées, brûlées
ou filtrées – les substances nutritives sont
récupérées.
Les boues d´épuration contiennent inévitablement diverses
substances polluantes. En plus des métaux lourds présents
dans les stations de traitement de l´eau à cause des
précipitations, on retrouve aussi des substances organiques
hautement toxiques comme le dioxyde de carbone ou les
halogènes, des agents pathologiques comme les bactéries,
les virus, les parasites et les œufs de vers et, de plus en
plus, des résidus médicamenteux qui – du fait des progrès
réalisés dans les techniques de traitement de l´eau –
s´accumulent dans les boues.
D´après l´Agence Fédérale de l´Environnement les coûts
d´élimination des boues d´épuration déshydratées par
incinération varient entre 50 et 120 euros/tonne selon le
mode d´incinération utilisé. Comparativement, le prix à la
tonne compris entre 25 et 45 euros rend l´épandage sur les
surfaces agricoles bon marché4 . Mais il a été décidé au
niveau politique de renoncer totalement et durablement à ce
mode d´élimination dans un proche avenir.
Dans ce contexte la valorisation des boues d´épuration
TerraNova® Ultra - moins coûteuse - est économiquement la
meilleure solution. Pour une quantité annuelle de 8 000
tonnes de boues d´épuration produites (soit une station
d´épuration pour env. 100 000 habitants) le total des coûts
(financement et entretien inclus) s´élève à 45 euros/tonne de
boue d´épuration déshydratée. Plus la taille de la station
d’épuration augmente, plus les coûts diminuent; par ailleurs,
l´efficience économique s´accroît du fait de la valorisation du
phosphore récupéré.
En d´autres termes: La valorisation soutenable de la
„matière première boue d´épuration“ traitée par le procédé
TerraNova® Ultra est actuellement, et ce, dans
pratiquement tous les cas de figure, moins onéreuse que
l´élimination par incinération.
Source d´énergie au bilan carbone neutre
– Economie au niveau des certificats CO 2:
Le procédé TerraNova® Ultra ne dégage pratiquement pas
de gaz toxiques à effet de serre : le charbon biologique
produit par HTC est une source d´énergie neutre en CO2 , car
la quantité de CO2 dégagée par la combustion correspond à la
quantité soustraite à l´atmosphère au cours de la période de
croissance de la biomasse.
De ce fait les exploitants qui utilisent le charbon biologique
obtenu par le procédé TerraNova® Ultra peuvent inclure un
crédit carbone dans leur calculation: en effet, son pouvoir
calorifique correspondant à celui du lignite allemand, la
substitution du lignite par le charbon biologique permet
d´éviter les émissions de dioxyde de carbone contenu dans le
lignite.
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Elimination des boues d´épuration en République Fédérale d´Allemagne,
Agence Fédérale de l´Environnement 2012
4
La technologie TerraNova® Ultra basée sur le principe de
carbonisation hydrothermale fonctionne sous vide d´air à une
température d´env. 200°C et une pression de plus de 20 bar.
Ce procédé garantit la destruction des substances toxiques
contenues dans les boues et/ou leur élimination :
Les substances anorganiques polluantes (métaux lourds
par ex.) contenues dans le charbon biologique peuvent
être éliminées de manière sûre dans des usines
d´incinération appropriées.
Les substances organiques polluantes (résidus
médicamenteux par ex.) peuvent être en grande partie
détruites chimiquement et perdent leur toxicité.
La boue d´épuration étant soumise à une température
importante, elle est stérilisée et les agents pathogènes
sont détruits à 100%.
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Par ailleurs, les boues d´épuration représentent une
ressource jusqu´ici pratiquement inexploitée permettant la
récupération de sels nutritifs comme l´azote et le phosphore,
deux précieux engrais. Grâce au procédé TerraNova® Ultra
il est possible, pour la première fois, de récupérer la plus
grande partie de ces nutriments de façon rentable : soit sous
forme d´engrais organique producteur d´humus, soit en tant
que matière première pour l´industrie des engrais. La
récupération de phosphore est particulièrement importante
au regard de la diminution des ressources naturelles, de la
demande croissante et de l´augmentation des prix.
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Lors de la substitution de lignite dans les cimenteries par ex.,
0,36 t CO2/MWh, prélèvement CO2 du procédé TerraNova® Ultra déjà compris.
5
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Efficacité énergétique:
Incinérer des boues d´épuration exige beaucoup
d´énergie TerraNova® Ultra utilise l´énergie contenue
dans les boues d´épuration
L´incinération de boues d´épuration, telle qu´elle est
actuellement pratiquée, exige à peu près la même dépense
en énergie que celle contenue par la boue elle-même, libérée
lors de sa combustion ; ceci tient au fait qu´une énorme
quantité d´énergie est nécessaire à l´évaporation de l´eau
contenue dans la boue. Au lieu de récupérer de l´énergie au
cours du processus, il faut au contraire généralement prévoir
un apport supplémentaire.
La méthode TerraNova® Ultra met en œuvre une technique
de déshydratation particulièrement efficace qui permet
d´extraire env. 90% de l´eau par pressage. Ainsi, lors de la
combustion, il est possible de gagner 425 kWh d´énergie par
tonne de boue d´épuration.6
En d´autres termes : L´utilisation d´une installation
TerraNova Energy dans une station d´épuration prévue pour
100.000 habitants permet de produire environ 3.400 MWh
d´énergie supplémentaire par an, et ce, sans nuire au climat.
TerraNova® Ultra – un grand pas vers l´autarcie
énergétique des stations d´épuration
La combinaison du procédé TerraNova® Ultra avec le
principe de la digestion de boues permet de profiter de
trois avantages supplémentaires inédits :
Le besoin en chaleur que nécessite le procédé
TerraNova® Ultra est entièrement couvert par les
rejets thermiques de la cogénération.
De plus la quantité digérée est plus importante, ce qui
accroît la production électrique des éléments de
cogénération de 10%, de sorte que l´énergie produite
peut être utilisée pour le fonctionnement de la station
d´épuration.
L´efficacité énergétique du processus de traitement des
boues complet - jusqu`à l´élimination thermique sûre représente une amélioration de 80% par rapport à l´état
des techniques actuellement mises en œuvre7 .
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Boue d´épuration contenant 20% de matière sèche, pouvoir calorifique
supérieur du combustible HTC 16 MJ/kg (2,6 kWh/kg après déshydratation), !
75% efficience de masse et 130 kWh/t besoins en énergie du procédé
TerraNova Ultra. L´emploi de boues d´épuration digérées réduit l´excédent
énergétique à env. 220 kWh/t
7
Ganzheitliche Energie- und Treibhausbilanz von Entsorgungsketten kommunaler
Klärschlämme mit hydrothermaler Carbonisierung; Remy, Warneke, Lesjean,
2014
6
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4.
R é fé r e nc e s
Méthode reconnue et récompensée –
Scientifiquement fondée et pratiquement
éprouvée
La carbonisation hydrothermale (HTC) a été décrite en 1913
par le chimiste allemand Bergius qui s´est vu décerner le prix
Nobel de chimie en 1931. S´appuyant sur des travaux de
Bergius, les ingénieurs de TerraNova Energy ont continué à
développer le procédé HTC, pour en faire une méthode de
valorisation
de
boues
d´épuration
efficace
et
énergétiquement efficiente.
Le processus de développement s´est accompagné d´un
dialogue permanent et d´une intense coopération avec
diverses Ecoles Supérieures/Universités, qui ont soumis non
seulement le procédé lui-même, mais aussi son bilan
énergétique et les possibilités de récupérer des substances
nutritives à des tests scientifiques. Il a été ainsi possible de
documenter objectivement les résultats obtenus par le
procédé TerraNova® Ultra et de permettre aux ingénieurs de
TerraNova Energy d´optimiser leur travail en fonction de
critères de fonctionnalité, de praticabilité et d´efficacité
jusqu´au stade final de l´application pratique.
Les résultats obtenus de la sorte ont attiré très vite des
experts extérieurs pendant la phase de conception, ce qui a
permis d´obtenir des subventions du ministère fédéral de
l´éducation et de la recherche. De plus, en 2011 TerraNova
Energy
a
été
parmi
les
lauréats
du
Umweltinnovationsprogramms du Ministère fédéral de
l´environnement [Prix pour l´innovation environnementale] et
a été récompensée la même année par l´initiative conjointe
du gouvernement et de la Fédération de l´Industrie Allemande
« Allemagne – Pays des idées » qui l´a nommée « Lieu
sélectionné 2011 ». Par ailleurs, en 2012, le procédé a fait son
entrée dans l´Atlas GreenTech du Ministère de
l´environnement en tant qu´exemple d´un point fort du « made
in Germany » dans le domaine des technologies de
l´environnement et de la gestion efficace des ressources.
Le procédé TerraNova® Ultra a fait ses preuves lors de
tests au long cours sur plusieurs sites de tailles différentes.
Son importance en tant qu´innovation dans la valorisation des
boues d´épuration est aujourd´hui reconnue également hors
de l´Allemagne, notamment en Suisse, en Chine, en Slovénie
et en France, où l´utilisation des installations TerraNova
Energy est planifiée ou déjà décidée.
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Co m p a r a iso n d e s m é tho d e s
Etat de la technique
TerraNova® Ultra
Cher
< 45 EUR/t
Bilan énergétique négatif
Bilan énergétique positif
Nuisible pour l´environnement
Elimination substances nuisibles
Récupération de nutriments
TerraNova Energy GmbH
Königsberger Strasse 100
40231 Düsseldorf
www.terranova-energy.com