Le Power-to-Gas, ou comment l’électricité renouvelable se transforme en gaz

Situation initiale et défi à relever

Nos clients ont toujours plus recours au gaz renouvelable pour se chauffer, cuisiner, ou comme carburant. Pour couvrir cette demande, 30 installations injectant du biogaz dans le réseau ont été construites ces dernières années. Celles-ci, tout comme les futures installations, pourraient produire jusqu’à 60% de gaz renouvelable supplémentaire grâce à la technologie Power-to-Gas. 

Le procédé Power-to-Gas se décompose en deux étapes. Tout d’abord, l’électricité d’origine renouvelable est convertie en hydrogène par électrolyse. Puis, la méthanisation combine l’hydrogène avec du CO₂pour donner du gaz renouvelable. C’est lui qui est finalement injecté dans le réseau de gaz.

L’industrie suisse du gaz s’est fixé pour objectif d’augmenter à 30% d’ici 2030 la part de gaz renouvelable dans le marché du chauffage, principalement grâce au Power-to-Gas. Cependant, seules existaient en Suisse jusqu’à présent des installations de laboratoire n’étant pas exploitées en conditions réelles. C’est pourquoi l’Institut Paul Scherrer et Energie 360° ont décidé de mener une test de longue durée permettant d’examiner la faisabilité du Power-to-Gas. À cette fin, un procédé de méthanisation innovateur a été utilisé: la méthanisation directe.

• Voir le schéma de la méthanisation directe (en allemand)

Les trois avantages du Power-to-Gas

• Produire plus de gaz renouvelable à partir de la même quantité de biodéchets et de boues d’épuration;

• ne plus séparer le CO₂ dans les installations de traitement du biogaz, mais le convertir en méthane supplémentaire par l’emploi d’hydrogène;

• trouver une utilisation à l’électricité excédentaire de provenance hydraulique, solaire ou éolienne.

La solution

La station d’épuration et de méthanisation de Werdhölzli, à Zurich, produit du biogaz brut à partir de la fermentation des biodéchets. Ce biogaz brut contient, en plus de méthane, environ 40% de CO₂. Un lourd processus est nécessaire aux installations de traitement conventionnelles pour séparer le CO₂ et pouvoir ensuite injecter le méthane restant dans le réseau au titre de biogaz. Avec le Power-to-Gas, l’Institut Paul Scherrer et Energie 360° ont suivi une voie différente. Au cours de l’essai de longue durée qu’ils ont mené, ils ont transformé le CO₂ en gaz renouvelable en lui ajoutant de l’hydrogène lui aussi renouvelable, puis l’ont réintroduit dans le cycle.

La pièce maîtresse de cette technologie novatrice est un réacteur à lit fluidisé nouvellement développé par l’Institut Paul Scherrer. Au cœur de celui-ci, l’hydrogène, le CO₂ présent dans le biogaz ainsi que de fines particules de nickel jouant le rôle de catalyseur tourbillonnent si fortement que les gaz se combinent pour former du méthane. Grâce à ce procédé nommé méthanisation directe, c’est non seulement le méthane déjà présent dans le biogaz brut qui est injecté dans le réseau, mais aussi celui qui est produit en supplément. Le Power-to-Gas permet donc de produire une quantité plus élevée de gaz renouvelable, à partir de la même quantité de biodéchets.

D’une durée de 1000 heures, cet essai mené dans la station d’épuration de Werdhölzli aura montré que le Power-to-Gas fait également ses preuves en conditions réelles. Le procédé s’avère donc efficace et rentable lors d’une longue durée d’exploitation. L’Institut Paul Scherrer et Energie 360° ont été récompensé début 2018 pour leur essai pilote de méthanisation directe par l’Office fédéral de l’énergie qui leur a attribué son «Watt d’Or».

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Résultats de l’essai de longue durée

• La production de gaz renouvelable a augmenté de 60% dans l’installation de biogaz;

• plus de 90% du CO₂ contenu dans le biogaz brut a été transformé en méthane;

• valorisation de près de 100% du biogaz brut.