De la paille au biogaz

La paille possède une structure de lignine qui ne fermente pas et empêche l’accès à la cellulose. Pour permettre sa fermentation dans un digesteur, cette structure doit être désorganisée.

Nous avons testé plusieurs méthodes de prétraitement : explosion à la vapeur, broyage, granulation et briquetage.

Explosion à la vapeur
L’unité Teofipol-4 réalisée par Zorg Biogas comprend six modules d’explosion à la vapeur, chacun traitant 25 tonnes de paille par jour. Leur capacité totale atteint 54 000 tonnes par an. La chaleur est récupérée sur les gaz d’échappement des groupes de cogénération au moyen d’un circuit d’huile thermique. La paille préparée est fermentée dans des digesteurs à haute charge équipés d’agitateurs inclinés. Le rendement est de 450 m³ de biogaz par tonne de paille, avec 59 % de méthane. La puissance électrique produite est de 6 MW. Le prétraitement représente un investissement de 8 millions d’euros. Ses inconvénients sont le coût élevé et les besoins énergétiques : 600 kW électriques et 6 MW thermiques. Ses avantages sont un rendement élevé en biogaz et une forte teneur en méthane.

Broyage
Une autre installation, à laquelle un membre de notre équipe a participé, utilise une méthode différente. La paille est d’abord déchiquetée à 5 mm, puis broyée dans un broyeur à marteaux jusqu’à obtenir une texture laineuse. Cela augmente la surface accessible aux bactéries anaérobies. Outre le broyage, le procédé repose sur un additif spécifique peu coûteux, indispensable à la fermentation de la paille. Le rendement dépasse celui de l’ensilage de maïs et atteint 350 m³ de biogaz par tonne de paille, avec 52 % de méthane. Cette installation traite 50 000 tonnes de paille par an et fonctionne depuis cinq ans à la date de rédaction. Les équipements de préparation, convoyeur compris, coûtent 3 millions d’euros, soit environ 2,5 fois moins que l’explosion à la vapeur. Les limites constatées sont la forte sensibilité à l’humidité — le broyeur fonctionne avec de la paille parfaitement sèche et s’arrête avec de la paille humide —, un rendement inférieur en biogaz et des frais d’entretien élevés du broyeur et du déchiqueteur.

Granulation et briquetage
Une tonne de granulés de paille à 10 % d’humidité produit de 500 à 530 m³ de biogaz. Cela équivaut à 450–480 m³ par tonne de paille initiale à 20 % d’humidité. La teneur en méthane est de 52 %. Nous avons réalisé des essais dans deux laboratoires indépendants certifiés, en Allemagne et en France, ainsi qu’une démonstration industrielle de trois mois sur une unité de 650 kW électriques avec digesteur à haute charge. Au contact du liquide dans le digesteur, les granulés se désagrègent immédiatement, se mélangent bien et ne forment pas de croûte. Les résultats sont très prometteurs. L’investissement prévu pour 50 000 tonnes de granulés par an, avec convoyeur, sécheur, déchiqueteur, presse-extrudeuse et bâtiment, est de 5 millions d’euros.

Parmi ces méthodes, nous privilégions la granulation associée à un digesteur à haute charge : rendement élevé, budget intermédiaire et moindre sensibilité à l’humidité. Le rendement supérieur compense les dépenses liées à l’usure.

Utilisation préalable comme litière
Les granulés et briquettes peuvent d’abord servir de litière pour les animaux. Leur contact avec le fumier et l’urine améliore ensuite leurs propriétés pour la méthanisation. La teneur en méthane atteint 60 % et le rendement 550 m³ par tonne de granulés. Cette solution réduit aussi la consommation de paille pour la litière : les granulés absorbent huit fois plus d’eau que la paille non traitée. Elle convient aux élevages de volailles et de bovins utilisant une litière de paille, mais nécessite une adaptation des pratiques d’élevage.

Les méthodes décrites s’appliquent à la paille de blé comme à la paille de riz.