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Méthanisation du petit lait issu de production fromagère
Mots-clés Projets de l'ADER, En attente, Association
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Ernest Badertscher

Buts

Profiter de l’énorme potentiel de petit lait de fromagerie, en Suisse, 4 millions de litres par jour, pour produire du biogaz. Les études pour transformer cette masse en alcool ont été abandonnées, du fait des décentralisations de productions.

Produire du biogaz dans chaque laiterie importante est très intéressant, car les fromageries utilisent beaucoup d’énergie thermique et électrique qu’il serait facile de remplacer.

L’alimentation de porc est de plus en plus abandonnée pour diverses raisons. Des procédés d’ultrafiltration permettent de produire des protéines et du lactose mais ces installations sont onéreuses.

DescriptionBiogaz de petit lait

La mise au point d’une ligne de production de biogaz à partir de petit lait n’est pas simple. L’Ofen avait même publié un rapport disant que ce n’était guère possible. Le bureau Membrez, avec leur aide de l’Ofen, a réussi une production de biogaz dans un réacteur spécial, avec bactéries fixées sur des supports. Aucune installation ce type ne fonctionne aujourd’hui, pour des raisons économiques.

Au couvent de Tamié en Savoie, des moines ont réussi à méthaniser 4'000 litres de petit-lait par jour et dilués de 8'000 litres d’eaux blanches (eaux de lavage, ce qui évite de les traiter dans une STEP). La fermentation méthanogène ne dure que 3 jours contre 30 et 45 pour du biogaz de fumier.

Récemment, le Liebefeld (Urs Marti et Walter Bisig) a entrepris une étude sur la méthanisation du petit-lait et des produits de séparation UF, sur la base des données de l’Ader et sur les expériences de Tamié et autres sites.

Des visites de l’Ader à l’Abbaye de Tamié ont permis de comprendre le procédé dans les grandes lignes et il s’avère que le procédé est complexe, soit :

1)           Le petit-lait de la fromagerie, mélangé aux eaux blanches est stocké durant deux jours dans une cuve extérieure, pour transformer le lactose en acide lactique. Les bactéries méthanogènes transforment l’acide lactique et non les sucres. Cela semble être la base du procédé.

2)           Le petit-lait a 6 % de matière solides. Dilué par les eaux de lavage, ce taux tombe à moins de 3 %.

3)           Avant d’entrer dans le digesteur, il y a une phase intéressante qui pourrait avoir un effet important sur la méthanisation, soit l’introduction d’air comprimé (microbulles) dans le liquide arrivant au bas d’une petite cuve, pour faire monter en surface les matières grasses résiduelles et les petites particules de caséine. Au dessus de la cuve, une brosse tournante élimine ces déchets (mousse) pour ne pas encrasser le digesteur par la matière grasse disent-ils.

Cette explication n’est pas claire, il est fort possible que l’aération fine ainsi réalisée pourrait être utile pour le démarrage de la fermentation par un dopage des bactéries. Par contre, la présence de caséine et de graisse lactique ne devrait pas être un problème dans le digesteur, ces matières se transformant facilement en biogaz. Trop de caséine (protéine) par contre pourrait modifier le rapport C/N et le faire baisser, ce qui irait dans la mauvaise direction, et nécessiterait une addition de matière riche en carbone, comme de la glycérine.

4)           Une pompe de circulation crée un circuit fermé entre le digesteur et un tube de chauffage électrique (à éviter) pour d’une part chauffer le réacteur à environ 27 °C et mesurer en continu le pH et la température. Cette pompe permet de maintenir en suspension les bactéries dans le digesteur du type UASB (pas évident étant donné le diamètre d’environ 3 mètres et le faible débit).

A une température supérieure à 27 °C, il y a beaucoup de CO2 dans le biogaz.

Les granules sur lesquelles se fixent les bactéries étant assez lourdes, le brassage est à vérifier, soit par un débit augmenté, soit par un brasseur mécanique ou par du biogaz réinjecté au fond du digesteur ou encore un autre système à trouver. Un brassage par pompe Mammouth serait intéressant, ne nécessitant pas de mécanique. Une pompe Mammouth consiste à ajouter des bulles (biogaz dans ce cas) dans un ou des tubes centraux. La colonne avec des bulles étant plus légère, il se produit un brassage efficace à l’intérieur du digesteur.  La température idéale doit aussi être testée.

 

5)           Le fond du digesteur étant plat, ils ont reconnu que c’était une erreur, ce qui les oblige à arrêter l’installation pour vider ces particules assez lourdes et dures (phosphate de calcium provenant des sels contenus dans le lait). Un fond conique permettrait d’éliminer ce résidu par une vanne. Ce phosphate de calcium est un excellent engrais pour les fleurs et il est très cher dans les jardineries. La  production de ces boues à Tamié est de 7,2 kg de matière solide par jour pour 4'000 litres de petit-lait. Ce sous-produit est donc intéressant économiquement.

 

6)           Lors du démarrage ou parfois durant le procédé, une neutralisation à la soude caustique est réalisée pour amener le pH à 7 - 7.5. Cette neutralisation se fait par le circuit de recirculation.

 

7)           A la sortie du digesteur, le petit lait est stocké dans une cuve extérieure enterrée pour abaisser la DCO et être dans les normes pour un rejet dans une rivière. De plus une odeur désagréable persiste, la cause étant une digestion incomplète. Ce défaut pourrait être corrigé par un fermenteur à deux compartiments en série, éventuellement l’un dans l’autre. Le prototype construit est réalisé en deux compartiments avec brassage Mammouth.

 

8)           Rapport C/N : Normalement. Ce rapport devrait être compris entre 20 et 30. Celui du petit lait a un rapport de 14, soit un peu trop riche en azote. Un surplus de caséine pourrait encore le faire diminuer, ce qui aggraverait la situation. Une correction pourrait être faite par un apport de sciure ou autre biomasse pauvre en azote, ce qui permettrait du même coup d’être un support pour les bactéries ou de glycérine.

 

 

Propositions d’un programme d’essais

Un petit digesteur continu de 42 litres à deux compartiments a été construit pour effectuer des essais systématiques, afin de pouvoir répondre aux questions posées.

Utiliser d’abord, comme à Tamié, le petit-lait dilué, car il faut d’abord réussir une méthanisation. Par la suite, tester sur le petit lait non dilué, ce qui permettrait d’avoir un digesteur plus petit, soit environ la moitié du volume.

Pour qu’une méthanisation démarre, il faut inoculer avec des bactéries méthanogènes adaptées à cette basse température et travailler à une température de 27 °C.

Activation des souches

Pour les essais, avant d’aller éventuellement aller chercher des souches à Tamié, on utilisera le milieu de culture du biogaz de l’installation Chevalley de Palézieux.

Une autre variante proposée par Samy Chevalley serait d’utiliser de la sciure de bois très fine. Celle-ci apporterait du carbone pour corriger le rapport C/N et serait un support pour les bactéries. Dans un milieu très dilué, il est nécessaire que les bactéries puissent se fixer sur un support qui peut être mobile, soit en suspension dans le liquide (système UASB)

Une autre variante est de démarrer sur de la poudre d’os finement moulue, qui est du phosphate de magnésium, sel que l’on retrouve à Tamié au fond des cuves et sur lequel s’accrochent les bactéries. Le phosphate de calcium provient des sels du petit-lait.

Débits :

Alimentation continue 12 litres par jour, ou ½ l par heure ou 8.33 ml par minute, par une pompe péristaltique avec un très petit tuyau de silicone.

 

Chauffage : à 28 °C à l’aide d’un échangeur de chaleur à fixer sur le circuit de recirculation La source de chaleur pour ces essais peut être de l’eau chaude (solaire pour une plus grande installation

Brassage

Il sera effectué par une pompe péristaltique en alimentant par le bas du biogaz aspiré dans la partie supérieure du digesteur. Ce gaz est introduit au bas du digesteur dans un tube central qui agit comme pompe Mammouth. Ce système a été testé avec succès dans ce digesteur. Le méthane recirculé contiendra une partie de liquide pour permettre de stabiliser la température au passage d’un échangeur de chaleur.

Biogaz, contrôle de qualité

Trouver un analyseur de biogaz, car un dégagement de bulles peut aussi bien être que du CO2. Normalement on devrait être vers 60%de méthane et 40% de CO2.

Ce biogaz sera stocké dan un réservoir gonflable. Le débit du gaz devrait être de l’ordre d’un millième de celui mesuré à Tamié, soit 200 litres par jour.

Site pour les essais

S’agissant d’une petite ligne occupant peu de place, elle peut être située à l’endroit où le surveillent responsable des essais pourra facilement être présent. Des fiches pour des relevés seront établies et le travail consistera à effectuer un maximum de mesures et de les consigner sur ces fiches.

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