Méthanisation : peut-on transformer le CO2 du biométhane en matériaux ?

La méthani­sa­tion, aus­si appelée diges­tion anaéro­bie, est un proces­sus biologique et naturel par lequel la matière est décom­posée par les micro-organ­ismes. Ce faisant, elle libère de l’énergie à par­tir de la matière organique. La méthani­sa­tion indus­trielle con­siste à utilis­er ce procédé comme source d’énergie renou­ve­lable, notam­ment dans les milieux agri­coles. Bien que la méthani­sa­tion soit de plus en plus com­mune, plusieurs solu­tions encore inex­ploitées restent à explor­er pour amélior­er ses per­for­mances envi­ron­nemen­tales¹.

Le biogaz pro­duit par méthani­sa­tion con­tient générale­ment entre 50 et 70 % de méthane (CH₄) et à peu près 30 à 50 % de CO₂. Au cours du proces­sus de pro­duc­tion du bio­méthane, le CO₂ est séparé du gaz pour obtenir un flux à forte con­cen­tra­tion de méthane. Pen­dant la purifi­ca­tion du gaz, des efflu­ents gazeux sont émis dans l’atmosphère : ils con­ti­en­nent prin­ci­pale­ment 98 % de CO₂ et 1 à 2 % de méthane résidu­el². Selon l’industrie, ce CO₂ – aus­si appelé CO₂ biogénique – ne con­tribue que très peu aux gaz à effet de serre.

Néan­moins, le méthane résidu­el rejeté dans l’atmosphère par­ticipe bien au réchauf­fe­ment cli­ma­tique. De ce fait, pour réduire l’impact envi­ron­nemen­tal des usines en France, une nou­velle régle­men­ta­tion a été instau­rée : elle impose aux usines de méthani­sa­tion de lim­iter leurs émis­sions de méthane des gaz à effet de serre entre 0,5 % et 1 % d’ici 2025³.

Pour respecter cette nou­velle oblig­a­tion, des tech­nolo­gies matures (comme la cryo-dis­til­la­tion, l’absorption par solvant ou l’adsorption par vari­ante de pres­sion) sont disponibles et don­nent la pos­si­bil­ité de sépar­er le CO₂ biogénique du méthane résidu­el. Puri­fi­er le CO₂ biogénique per­me­t­trait aux usines d’atteindre leurs objec­tifs et d’améliorer leurs per­for­mances en réin­jec­tant le CH₄ résidu­el dans le réseau. Un nou­veau cer­cle vertueux se met alors en place : le CO₂ biogénique puri­fié peut en effet être util­isé pour pro­duire dif­férentes sortes de valeurs. 

Utilis­er le CO₂ de façon spé­ci­fique peut con­tribuer à l’économie cir­cu­laire⁴. Il peut être injec­té dans les ser­res ou appliqué directe­ment sur les cul­tures, mais aus­si être util­isé de mul­ti­ples manières dans le champ indus­triel, comme pour la pro­duc­tion de plas­tiques et de pro­duits chim­iques ou la con­fec­tion de matéri­aux comme le béton. Le CO₂ peut encore avoir d’autres util­i­sa­tions : la car­bon­a­tion pour l’industrie ali­men­taire ; l’imagerie pour l’industrie médi­cale ou un sub­sti­tut de glace car­bonique pour lut­ter con­tre les incendies. Les bio­car­bu­rants et les microalgues sont d’autres débouchés poten­tiels qui font égale­ment l’objet d’études.

Capter le CO₂ biogénique qui serait rejeté dans l’atmosphère pour­rait créer de nou­velles syn­er­gies entre les usines de méthani­sa­tion et les util­isa­teurs de CO₂ et ain­si fournir une alter­na­tive durable au CO₂ d’origine fos­sile que l’on trou­ve dans cer­tains pro­duits. Il existe des ten­sions saison­nières sur le marché du CO₂, ce qui con­duit à une volatil­ité des prix et des pénuries qui peu­vent grande­ment affecter les clients. C’est que le prix du CO₂ est très vari­able, et va approx­i­ma­tive­ment de 50 € à 200 € la tonne⁵. En ce sens, instau­r­er une pro­duc­tion locale de CO₂ biogénique par les usines français­es de bio­méthane per­me­t­trait de répon­dre à ces défis actuels.

800 kt/an de CO₂ sont con­som­mées en France, dont 70 % par l’industrie agroalimentaire. 

La France est le pays européen où le secteur du bio­méthane se développe le plus vite⁶ : le nom­bre d’usines français­es pro­duc­tri­ces de méthane était éval­ué à un peu plus de 500 en 2022⁷. Et on sent un intérêt gran­dis­sant à trou­ver des solu­tions qui amélior­eraient la dura­bil­ité de ces usines. La purifi­ca­tion de CO₂ biogénique per­me­t­trait non seule­ment d’aider à répon­dre aux direc­tives envi­ron­nemen­tales d’ici 2025 mais encore de se sub­stituer au CO₂d’origine fos­sile util­isé en France. 800 kt/an de CO₂ sont con­som­mées en France, dont 70 % par l’industrie agroal­i­men­taire⁸ : le poten­tiel de val­ori­sa­tion du CO₂ biogénique est estimé autour des 700 à 800 kt de CO₂ par an. Mais actuelle­ment, en France, moins d’une douzaine d’usines de bio­méthane ont mis en place cette activ­ité cir­cu­laire⁹¹⁰.

Si les béné­fices poten­tiels de la val­ori­sa­tion du CO₂ dans les usines de bio­méthane sont impor­tants et favorisent le développe­ment d’une économie cir­cu­laire, il n’en reste pas moins que la France a encore à sur­mon­ter cer­tains défis tech­niques et économiques. En fonc­tion de l’utilisation et de la tech­nolo­gie de récupéra­tion de CO₂ choisies, le proces­sus aura un impact sur l’efficacité énergé­tique glob­ale de la chaîne du bio­méthane et sur le coût de cap­tage du CO₂. De plus, le secteur le plus gour­mand en CO₂ en France reste l’agroalimentaire : des cer­ti­fi­ca­tions de qual­ité très spé­ci­fiques, comme la norme EIGA, sont néces­saires pour que le CO₂ biogénique soit com­pat­i­ble avec cette indus­trie. En out­re, en France, les usines de bio­méthane ont une capac­ité de pro­duc­tion d’1,8–2 kt CO₂/an, alors que les sources clas­siques de CO₂ peu­vent fournir jusqu’à 200 kt CO₂/an. C’est pourquoi la mutu­al­i­sa­tion est néces­saire dans le trans­port du CO₂ biogénique de façon à amélior­er les économies d’échelle¹¹. 

Au cours des dernières années, la mise en place d’un cadre régu­la­toire favor­able a soutenu l’expansion du secteur français de bio­méthane. À ce titre, la régu­la­tion pour réduire le CH₄ dans les gaz émis per­me­t­tra d’aider à amélior­er son impact envi­ron­nemen­tal. De plus, ce cadre pour­rait créer un marché poten­tiel du CO₂ biogénique qui se sub­stituerait au marché du CO₂ d’origine fossile.

Néan­moins, si le procédé fait sens d’un point de vue envi­ron­nemen­tal, le busi­ness mod­el est encore à con­stru­ire : des efforts sont req­uis pour cocréer une propo­si­tion viable et de qual­ité. Il est cer­tain que la demande locale doit encore être stim­ulée, et des efforts de la part des acteurs indus­triels peu­vent per­me­t­tre de pro­pos­er le CO₂biogénique à un prix com­péti­tif tout en amélio­rant la logis­tique et le coût des tech­nolo­gies de cap­tage. D’autres leviers sont égale­ment iden­ti­fi­ables, comme la mise en place d’une inci­ta­tion régu­la­toire pour les pro­duc­teurs et les con­som­ma­teurs de CO₂ biogénique. Cepen­dant, cette dernière peut être à dou­ble tran­chant dans la mesure où elle peut aus­si empêch­er de réduire le CO₂ d’origine fos­sile en sous-enten­dant qu’il y a un besoin du côté de la demande. Enfin, les acteurs indus­triels étu­di­ent une nou­velle val­ori­sa­tion finan­cière, comme la vente de crédits car­bone asso­ciée à la séques­tra­tion du CO2 biogénique sur le long terme, par le biais de pro­duits spé­ci­fiques¹².