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.