Une installation de gazéification hydrothermale en Suisse

Pour créer du gaz renouvelable, la méthanisation est répandue et maîtrisée. La pyrogazéification est plus confidentielle même si quelques unités fonctionnent déjà en France. La gazéification hydrothermale reste encore plus discrète. Ce procédé de conversion thermochimique à haute pression (210 à 350 bar) et à haute température (360 à 700 °C) génère du gaz à partir de déchets organiques, contenant ou mélangeables à l’eau. En France, les premiers projets sont en cours de développement. L’Allemagne, les Pays-Bas, et la Suisse sont plus avancés. Des pilotes préindustriels y sont déjà en cours de fonctionnement. C’est le cas de l’unité de l’entreprise helvétique TreaTech, créée en 2015 par des étudiants de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Implantée depuis 2020 au sein des locaux du Paul-Scherrer-Institut (PSI) à Villigen, entre Bâle et Zurich, cette installation pilote opérationnelle a pris le relai d’une autre, expérimentale, qui avait auparavant été mise en œuvre sur la station d’épuration (Step) de la ville. « Nous collaborons depuis 2018 avec l’Institut Paul Scherrer car il a développé une expertise sur un aspect de la technologie que nous mettons en œuvre », explique Frédéric Juillard, co-fondateur et directeur de TreaTech.

Une grande variété d'intrants

Une des particularités de la gazéification hydrothermale est sa capacité à traiter une variété extrêmement large d’intrants, en tout plus d’une centaine… Ils sont répartis en six familles : les déchets agricoles et d’élevage, les digestats de méthanisation, les déchets agroalimentaires, organiques industriels, les boues et digestats de Step et les déchets urbains. En termes de volumes, ces gisements sont très hétérogènes. Les déchets agricoles représentent un total potentiel de 160 millions de tonnes par an. Celui des déchets urbains ne dépasse pas 5 Mt/an. « Nous nous intéressons également aux déchets d’origine fossile issus du secteur de la chimie, de la pétrochimie ou du plastique », révèle Robert Muhlke, directeur de projet gazéification hydrothermale chez GRTgaz, qui collabore avec TreaTech.

Si le procédé fonctionne à partir de nombreux intrants, ils doivent tout de même répondre à quelques spécificités. Une bonne viscosité est indispensable afin de les rendre facilement pompables et éviter ainsi de boucher les équipements. De plus, la matière sèche de l’intrant doit présenter le plus de carbone possible. Enfin, il ne faut pas qu’ils contiennent trop de composés nuisibles, comme le chlore ou le soufre, qui peuvent générer de la corrosion dans l’installation. D’autant plus que les unités de gazéification hydrothermale fonctionnent à hautes pression et température, ce qui nécessite le recours à des aciers très résistants et donc très chers.

Un gaz riche en méthane

Le pilote suisse peut traiter jusqu’à 100 kilogrammes par heure. Une fois pompé à une pression comprise entre 210 et 350 bar, l’intrant est porté à une température de 360 °C. L’objectif est de s’approcher du point critique de l’eau, qui est la limite entre le liquide et le gazeux, pour précipiter les solides inorganiques qui tombent alors de manière gravitaire au fond d’un séparateur de sels. Ces composés, surtout des minéraux, du phosphore, du potassium et des métaux lourds, sont retirés lors de cette phase pour ne pas perturber la suite du procédé. L’eau est aussi chauffée car cela la rend plus réactive, permettant de décrocher plus facilement l’hydrogène par la suite. L’intrant est ensuite introduit dans le gazéifieur à 250 bar et 400 °C.

Celui de TreaTech a une particularité : il est équipé d’un catalyseur. « Il est composé de nickel et de rutenium. Celui-ci est beaucoup plus performant mais aussi plus rare et donc plus cher », détaille Gaël Peng, cofondateur et directeur technique de la start-up suisse. Si la gazéification hydrothermale n’a pas forcément besoin d’un catalyseur pour fonctionner, cet équipement la rend plus efficace par rapport à un système à haute température. En effet, la catalyse baisse les températures de réaction et cela génère un gaz très riche en méthane (CH₄). Il contient 70 % de cette molécule, 20 à 30 % de dioxyde de carbone (CO₂) et 0 à 10 % d’hydrogène (H₂).

Sur les installations sans catalyseur, la température doit monter jusqu’à 700 °C et le gaz généré est moins intéressant à valoriser. Il est alors composé de 25 à 40 % de CH₄, 30 à 50 % de H₂, 30 % de CO₂ et de 12 % d’hydrocarbures de type éthane, propane et butane. La réaction dans le gazéifieur intervient en trois ou quatre minutes. La gazéification n’est donc pas complète et une partie demeure sous forme liquide mélangée à du gaz. Les deux sont séparés, puis le gaz est épuré pour ne garder que du méthane de synthèse en sortie, qui peut alors être autoconsommé ou injecté dans le réseau.

Une production vertueuse

Outre le fait qu’elle génère surtout du méthane, sans soufre, la gazéification hydrothermale catalytique présente également des atouts environnementaux. Elle produit une eau exempte de contaminants et riche en ammonium, qui peut être valorisée en agriculture. Il est également possible de récupérer de l’azote durant la phase de gazéification, lui aussi utilisable comme engrais. Les cendres restantes après le processus peuvent être valorisées en cimenterie. Enfin, elle réduit la quantité de déchets ultimes, sans nuisances olfactives ou sonores importantes, tout en restant compacte. « Elle occupe dix à quinze fois moins de surface au sol qu’une unité de méthanisation pour une puissance égale », estime Robert Muhlke.

Si la production de son pilote est anecdotique, TreaTech planche déjà sur des installations industrielles, dont le coût avoisinerait entre 7 et 8 millions d’euros. La start-up a effectué des simulations afin de prédire la production probable en fonction des intrants retenus. Adossée à une station d’épuration, une unité produirait 15 GWh/an en traitant 3 t/h de boues. Couplée à une usine agroalimentaire générant 24 000 t de mélasse, la production atteindrait 20 GWh/an. Dans le secteur de l’industrie chimique, le procédé est encore plus efficace. À partir de solvants usagés, il serait possible de générer jusqu’à 50 GWh/an. Le tout à un coût très compétitif que TreaTech estime à 30-40 €/MWh, contre 100 à 200 €/MWh dans les step ou l’agroalimentaire.

Un potentiel élevé

Pour passer à une phase industrielle, la société vise une levée de fonds de 12 M€. Elle espère mettre en service une première unité à taille réelle à partir de 2024 et vise 115 installations en fonctionnement en 2030. Cela peut paraître assez optimiste mais le potentiel de la gazéification hydrothermale est relativement important. En France, GRTgaz estime qu’il pourrait atteindre 50 TWh en 2050, soit 15 % du gaz renouvelable (hors hydrogène) produit dans l’Hexagone à cette échéance. En Europe, son potentiel est chiffré à 40 TW/h dès 2030. Toutefois, il faudra adapter le cadre réglementaire et mettre en place des mécanismes de soutien pour lancer réellement la filière.