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Plutôt raffiner que conserver plus longtemps

Èvaporation des résidus de fermentation

Economiser de l'espace de stockage et produire soi-même de l'engrais de haute qualité - tel est l'objectif de l'installation d'engrais. Nous vous présentons deux installations de biogaz qui "raffinent" leurs résidus de fermentation avec cette technologie depuis un an déjà.
Comme s'il ne suffisait pas que de nombreux producteurs de biogaz convertissent l'EEG 2017 en investissements raisonnables, la nouvelle ordonnance sur les engrais récemment adoptée entraînera également des coûts pour de nombreux exploitants. Le règlement de 170 kg augmentera en partie le besoin d'espace de stockage supplémentaire pour les résidus de fermentation. "C'est ce que nous aurions fait", explique Julian Hartkamp, agriculteur et l'un des quatre actionnaires de la FH Naturgas à Groß Lessen, dans le district de Diepholz. L'installation, d'une puissance électrique installée totale de 795 kW, dispose d'une installation de stockage de produits de fermentation de 5.600 m³. "Avec une période de stockage de neuf mois, il y avait un déficit de 6.000 m³", décrit Hartkamp. Les actionnaires estiment les coûts de ce deuxième magasin de produits de fermentation à environ 350.000 euros.

Suffisamment de chaleur disponible

Dès 2015, ils ont opté pour une alternative : l'installation d'un nouveau type de raffinage des produits de fermentation, l'usine dite d'engrais. "Cette usine a besoin de chaleur et il y a assez de chaleur disponible dans l'usine ", dit M. Hartkamp. L'usine de biogaz se trouve à environ 1.000 m du centre de Groß Lessen. 45 consommateurs de chaleur sont alimentés par un réseau de chauffage de 3 500 m de long. Le deuxième réseau de chauffage a une longueur d'environ 500 m. Il alimente cinq foyers et le raffinage des produits de fermentation avec récupération de l'azote.
Cette usine d'engrais n'est que la cinquième usine du fabricant Biogastechnik Süd d'Isny dans l'Allgäu. Mis en service en janvier 2016, le digestat est d'abord séparé et la fraction solide est stockée sur une surface asphaltée. Après la séparation, la fraction liquide est acheminée à l'usine de raffinage des produits de fermentation. Dans l'usine, le produit de fermentation liquide est chauffé avec la chaleur résiduelle de la centrale thermique à blocs (cogénération) et soumis à une pression négative. Une partie du liquide s'évapore et le produit de fermentation s'épaissit. Ce processus est répété dans un autre évaporateur. Lors de l'évaporation, de la chaleur est dégagée qui peut être utilisée pour un processus ultérieur, ce qui augmente l'efficacité énergétique du processus. La capacité d'évaporation de l'installation à deux étages est de 1 kW de chaleur pour 2,5 l d'eau. "7.000 m³ d'eau sont extraits de nos résidus de fermentation ", explique Gerhard Fischer, un autre actionnaire de la FH Naturgas.

Engrais de haute qualité

Cela signifie que moins d'espace de stockage est nécessaire pour le produit de fermentation. De plus, il faut en utiliser moins, ce qui réduit également les coûts de production. "De plus, 700 trajets en camion pour le transport du produit de fermentation sont évités ", ajoute M. Hartkamp. Le fait que moins de trafic est généré est positivement enregistré par les résidents locaux. Un autre avantage du procédé est que le sulfate d'ammonium (ASL) est produit comme engrais azoté de haute qualité pendant le procédé.
La phase gazeuse générée par la chaleur et le vide est libérée de l'ammoniac dans un laveur de vapeur. L'ammoniac est ensuite transformé en sulfate d'ammonium par addition d'acide sulfurique à 75 % et concentré. Cela produit 250 à 300 m³ d'ASL par an. Par l'intermédiaire d'un conteneur IBC, cet engrais auto-produit est ajouté au produit de fermentation avant d'être épandu sur les zones des partenaires. La quantité appliquée est d'environ 0,5 m³/ha. Le taux d'application est limité car la valeur du pH est très faible en raison de l'ajout d'acide.
L'installation d'engrais a été livrée clé en main dans deux conteneurs et n'avait plus qu'à être raccordée sur place. Comme le processus se déroule dans des conteneurs fermés, les émissions d'ammoniac sont pratiquement évitées. La plante fonctionne 24 heures sur 24 et absorbe la chaleur. Grâce à l'installation d'engrais, la FH Naturgas a pu augmenter le taux d'utilisation de la chaleur à plus de 90 %. Toutefois, les unités de cogénération doivent également fonctionner en continu pour produire la chaleur nécessaire. Cela pourrait s'avérer être un obstacle en vue d'une éventuelle flexibilisation de l'usine de biogaz. Ce que les actionnaires ont également constaté, c'est une détérioration de la qualité du gaz. Grâce à ce procédé, la teneur en sulfure d'hydrogène dans le biogaz augmente. Le travail supplémentaire requis par l'usine d'engrais est faible. "Cela représente trois quarts d'heure à une heure par jour au maximum ", explique le partenaire Klaus Köppen, " et se limite essentiellement au nettoyage des nombreux capteurs ".

Surfaces étroites

Pour Gerhard Harms aussi, la récupération des nutriments de ses résidus de fermentation est un concept d'avenir. Lui aussi est l'un des quatre producteurs de biogaz de Basse-Saxe qui ont jusqu'à présent opté pour l'évaporation des résidus de fermentation. Son usine de biogaz Hand-Gas GmbH & Co KG, qu'il exploite depuis 2011 en collaboration avec Jörg Brand à Bissenhausen près de Twistringen, est située dans le district de Diepholz. L'excès d'éléments nutritifs et la pénurie de terres sont déjà un problème dans certains cas. Le district voisin de Vechta est également l'une des régions à partir desquelles il faudra transporter encore plus de nutriments à l'avenir. Le transport du lisier et des résidus de fermentation sur de plus longues distances n'a pas vraiment de sens du point de vue économique et pèse sur les exploitations agricoles dont les coûts sont encore plus élevés. Il est donc logique de penser à des alternatives économiques.
"Selon Harms, qui engraisse également 3 000 porcs, "nous aurions dû construire un espace supplémentaire de stockage des résidus de fermentation de 6 000 m³ conformément à la nouvelle ordonnance sur les engrais. Pour ce faire, il aurait été nécessaire de creuser et de sceller une superficie supplémentaire de 0,5 ha dans les locaux de l'entreprise. Harms ne voulait pas cela. De plus, une quantité plus faible de résidus de fermentation signifie également moins d'entraînement des résidus de fermentation, ce qui est bon pour l'image des producteurs de biogaz. La récupération de l'azote des résidus de fermentation par évaporation des résidus de fermentation "libère le dos de l'exploitation" lors de la fertilisation. "Nous pouvons utiliser l'azote de manière beaucoup plus sélective qu'en épandant des résidus de fermentation non traités ", explique M. Harms. Dans le laveur de vapeur de l'évaporateur, l'ammonium est déchargé de la vapeur à l'aide d'acide sulfurique sous forme de solution de sulfate d'ammonium (ASL) et stocké à la ferme dans deux grands réservoirs de 100 m³.
Préjudices : "Cette solution ASL peut être utilisée spécifiquement au bon moment et enrichie avec d'autres engrais ou mélangée avec nos boues provenant du stockage des résidus de fermentation". L'agriculteur cultive 500 ha de terre avec Brand. "Nous avons constaté que notre solution ASL a considérablement augmenté les rendements de betteraves sucrières et de céréales ", déclare le producteur de biogaz. La raison en est la teneur en soufre (9 %). Le soufre et l'azote (6 %) sont présents dans l'ASL de la plante dans une proportion favorable, Harms explique l'effet fertilisant. Les boues épaisses, qui sont envoyées au stockage final après évaporation des résidus de fermentation, contiennent également 7,6 kg de potasse/m³. "Cela en fait un engrais intéressant pour nos pommes de terre ", a déclaré M. Harms.

Economisez de l'engrais minéral

Au total, l'opération permet d'économiser un camion remorque d'engrais azoté par an et 50 % d'engrais potassique par évaporation des résidus de fermentation. Harms est clairement conscient que cette indépendance partielle par rapport à l'achat d'engrais et aux contraintes d'application des engrais agricoles diminue sa tension : "Nous pouvons maintenant stocker les résidus de fermentation pendant douze mois, car nous avons presque réduit de moitié la quantité de résidus de fermentation par évaporation". En d'autres termes : il y a encore de l'air au sommet pour augmenter la performance de l'installation de biogaz. En outre, il est concevable que la solution ASL soit également vendue à d'autres agriculteurs. A l'avenir, cela pourrait constituer une source de revenus supplémentaire pour les installations de biogaz en dehors de la rémunération fixe de l'EEG. Selon Harms, le résidu de fermentation extrait de la séparation est un fournisseur d'humus idéal et peut être distribué avec précision sur une largeur de travail de 15 m grâce à sa consistance.
L'évaporateur Harms est conçu pour 400 kW/h. Les deux réacteurs à réaction à allumage de l'usine de biogaz ont chacun une puissance de 265 kWel, dont 30 kWel sont générés par un générateur de gaz d'échappement. De la chaleur produite, 360 kW/h sont fournis à l'évaporateur de digestat et la chaleur restante est injectée dans un petit réseau de chauffage local. "Comme nous ne disposions pas encore d'un concept de chaleur suffisant, nous avons pu combler une lacune ici avec l'évaporateur de résidus de fermentation ", explique M. Harms. En d'autres termes, la chaleur des deux moteurs est aujourd'hui utilisée à 100 %. La capacité d'évaporation des deux réservoirs sous vide est de 1,4 l d'eau/kW de chaleur dans le premier réservoir et de 1,1 l d'eau/kW de chaleur dans le deuxième réservoir (y compris la récupération de chaleur entre les premier et deuxième réservoirs). "Ce système est déjà très efficace, dit Harms.
A l'usine de Bissenhausen, 19 m³ de jus pressé fin (3,5 % TS) sont évaporés par jour à partir de 35 m³. Après avoir traversé deux évaporateurs, il reste 16 m³ de substrat épaissi, qui est pompé dans le dépôt (plus de ségrégation, faible effort d'agitation). La différence de vide (90 à 100 mb ou 200 mb) entre les récipients assure l'écoulement ultérieur du liquide. Chaque conteneur est chauffé par quatre circuits de chauffage dans le conteneur, qui sont continuellement nettoyés à l'aide de brosses. Les inconvénients : "Cela permet de garder le chauffage propre à tout moment et la chaleur des unités de cogénération peut être utilisée efficacement".
Ainsi, plus de 11.000 m³ de jus pressé fin sont épaissis et "débarrassés" de l'azote ammoniacal chaque année. Les boues de 5.000 m³ d'épaisseur ont une teneur en TS de 7 à 9 %. A partir de la matière d'entrée, on peut obtenir environ 300 m³ de solution ASL par an dans le laveur de vapeur avec l'acide sulfurique ajouté (270 à 300 l par jour).

L'eau dans les eaux réceptrices

Afin de pouvoir évacuer le distillat (eau exempte d'azote par évaporation) dans les eaux réceptrices, Harms a opté pour une installation de traitement de la zone racinaire de 120 m². Le bassin de 1 m de profondeur a été recouvert d'un film spécial et rempli de gravier. "C'est là que la dégradation biologique des matières résiduelles doit avoir lieu ", explique l'opérateur. Pour cela, la température dans le bassin doit être d'au moins 12°C toute l'année. Dommages : "Nous y parvenons sans problème puisque notre eau est rejetée à 35 °C de l'évaporateur dans la station d'épuration de la zone racinaire". Il s'agissait là d'une condition préalable importante à son approbation. A partir de cette station de traitement des racines, l'eau s'écoule encore dans les polders de roseaux. Entre les deux, il y a un puits de prélèvement d'eau pour l'autorité de surveillance. L'autorité prélève des échantillons d'eau toutes les huit semaines sans préavis. "Les données d'analyse montrent que notre eau est plus propre que nos précipitations ", se réjouit M. Harms. Un autre point positif concerne les polders de roseaux : "Les oiseaux d'eau sauvages s'y sentent chez eux".

Rapport de: Thomas Gaul et Edith Kahnt-Ralle
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Trade Journal Land & Forst Numéro 15-2017, Date de publication Avril 2017

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