Purification du biogaz par l’utilisation d’un système microalgue-bactérien dans des étangs semi-industriels à haute teneur en algues

Ces dernières années, plusieurs technologies ont vu le jour pour purifier le biogaz en biométhane, favorisant ainsi son utilisation en tant que combustible non fossile, atténuant ainsi les émissions de méthane non désaérosables¹. La pollution de l’air est un problème qui touche la majeure partie de la population mondiale, en particulier dans les zones urbanisées ; En fin de compte, environ 92 % de la population mondiale respire de l’air pollué². En Amérique latine, les taux de pollution de l’air sont principalement générés par l’utilisation de carburants, alors qu’en 2014, 48 % de la pollution de l’air était provoquée par le secteur de la production d’électricité et de chaleur³.

Au cours de la dernière décennie, de plus en plus d’études sur la relation entre les polluants dans l’air et l’augmentation des taux de mortalité ont été proposées, arguant qu’il existe une forte corrélation entre les deux ensembles de données, en particulier dans les populations d’enfants.

Afin d’éviter la poursuite de la pollution de l’air, plusieurs stratégies ont été proposées ; L’une d’entre elles est l’utilisation de sources d’énergie renouvelables, notamment les éoliennes et les cellules photovoltaïques, qui diminuent les émissions de_CO2 dans l’atmosphère ^4,5. Une autre source d’énergie renouvelable provient du biogaz, un sous-produit de la digestion anaérobie de la matière organique, produit avec un digestat organique liquide⁶. Ce gaz est composé d’un mélange de gaz, dont les proportions dépendent de la source de matière organique utilisée pour la méthanisation (boues d’épuration, fumier de bovin, ou biodéchets agro-industriels). Généralement, ces proportions sont CH₄ (53 %-70 %vol), CO₂ (30 %-47 %vol), N₂ (0 %-3 %vol), H₂O (5 %-10 % vol), O₂ (0 %-1 % vol), H₂S (0-10 000 ppmv), NH₃ (0-100 ppmv), hydrocarbures (0-200 mg/m³) et siloxanes (0-41 mg/m³)^7,8,9, où la communauté scientifique s’intéresse au méthane car il s’agit du composant énergétique renouvelable du mélange.

Cependant, le biogaz ne peut pas être simplement brûlé tel qu’il est obtenu, car les sous-produits de la réaction peuvent être nocifs et contaminants ; Cela soulève la nécessité de traiter et de purifier le mélange pour augmenter le pourcentage de méthane et diminuer le reste, le convertissant essentiellement en biométhane¹⁰. Ce processus est également connu sous le nom de mise à niveau. Même si, à l’heure actuelle, il existe des technologies commerciales pour ce traitement, ces technologies présentent plusieurs inconvénients économiques et environnementaux 11,12,13. Par exemple, les systèmes avec lavage au charbon actif et à l’eau (ACF-WS), lavage à l’eau sous pression (PWS), perméation au gaz (GPHR) et adsorption modulée en pression (PSA) présentent certains inconvénients économiques ou autres en termes d’impact environnemental. Une alternative viable (Figure 1) est l’utilisation de systèmes biologiques tels que ceux qui combinent des microalgues et des bactéries cultivées dans des photobioréacteurs ; Parmi les avantages, citons la simplicité de conception et d’utilisation, les faibles coûts d’exploitation et les opérations et sous-produits respectueux de l’environnement 10,13,14. Lorsque le biogaz est purifié en biométhane, ce dernier peut être utilisé comme substitut du gaz naturel, et le digestat peut être mis en œuvre comme source de nutriments pour soutenir la croissance des microalgues dans le système¹⁰.

Une méthode largement utilisée dans cette procédure de valorisation est la croissance de microalgues dans des photoréacteurs à circuit ouvert couplée à une colonne d’absorption en raison des coûts d’exploitation inférieurs et du capital d’investissement minimal nécessaire⁶. Le type de réacteur à couloir le plus utilisé pour cette application est le bassin d’algues à haut débit (HRAP), qui est un bassin de chemin de roulement peu profond où la circulation du bouillon d’algues se fait par l’intermédiaire d’une roue à aubes de faible puissance¹⁴. Ces réacteurs ont besoin de grandes surfaces pour leur installation et sont très sensibles à la contamination s’ils sont utilisés dans des conditions extérieures ; dans les procédés de purification du biogaz, il est conseillé d’utiliser des conditions alcalines (pH > 9,5) et d’utiliser des espèces d’algues qui se développent à des niveaux de pH plus élevés pour améliorer l’élimination du CO₂ et du H₂S tout en évitant la contamination^15,16.

Cette recherche visait à déterminer l’efficacité du traitement du biogaz et la production finale de biométhane à l’aide de photobioréacteurs HRAP couplés à un système de colonne d’absorption-désorption et à un consortium de microalgues.