Le biométhane, bientôt dans un réseau près de chez vous !

Donald Beverly et Matthieu François

13 mars 2017

Un consommateur de gaz naturel (une municipalité, un industriel, un gestionnaire de

bâtiment, un particulier, etc.) :

• Qui utilise le gaz naturel pour le chauffage d’espace/de procédé, la ventilation, la

production d’eau chaude, comme carburant, etc.,

• Qui voudrait réduire ses émissions de gaz à effet de serre mais sans changer ni

modifier son installation énergétique,

• Devrait utiliser un combustible moins émissif mais équivalent sur le plan énergétique.

Il devrait donc passer toute ou partie de sa consommation de gaz naturel à un Gaz Naturel

Renouvelable (GNR).

01 Le GNR, de quoi parle-t-on?

02 Trois générations de GNR à mobiliser

03 Un potentiel important à exploiter

04 St-Hyacinthe, un bel exemple

05 Quel modèle de développement pour le Québec?

Gaz naturel renouvelable (GNR) -biométhane

• Projet de loi 106 / Politique énergétique 2030

« gaz naturel renouvelable »:

« méthane de source renouvelable ayant les propriétés

d’interchangeabilité lui permettant d’être livré par un

réseau de distribution de gaz naturel »

• Doit respecter des caractéristiques précises pour être

interchangeable avec le gaz naturel

Norme BNQ 3672-100 du 01/07/2012 Biométhane – Spécifications de la qualité pour injection dans les

réseaux de distribution et de transport de gaz naturel

La norme s’applique au biométhane produit à partir du

biogaz issu de la décomposition anaérobie, sans égard

à la source des matières organiques.

3 générations de gaz naturel renouvelable

5

La biométhanisation, la génération mature

La digestion anaérobique est la décomposition des déchets organiques par des bactéries en l’absence d’oxygène pour produire du biogaz.

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Biomasse humide – fraction fermentescible

• Municipale et ICI (enfouissement,

déchets organiques)

• Municipale – traitement des eaux

usées (effluents)

• Agricole (fumiers, résidus de culture)

• Autres…

COLLECTE DES INTRANTS

Maturation aérobie

• Culture alimentaire

• Culture non alimentaire

• Remblais

VALORISATION

MÉTHANISATION

Digestion

Anaérobique

Basse T °

Biogaz brut

Digestat

VALORISATION

Traitement léger (biogaz)

Électricité, chaleur

Épuration (biométhane)

Injection, carburant

L’épuration du biogaz en biométhane

• Composition du biogaz brut :

CH4 (50-75 %), CO2 (25-45 %), H2O, N2, H2S, NH3,

SO2, CO, COV, composés halogénés, siloxanes, etc.

• Nettoyage : retirer les contaminants autres que le CO2

• Raffinage : retirer le CO2 pour concentrer en méthane

(jusqu’à 99 % de CH4)

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Biogaz brut

Biogaz

Biomasse

Digestion anaérobique

Épuration

Nettoyage

Raffinage

Biométhane

Biométhane vs biogazDes valorisations différentes

8Source : GrDF 2012

Biogaz brut

Chaleur Électricité

Épuration : le Biogaz devient du biométhane

Biométhane carburant

Biométhane carburantEau chaude –

chaleur – cuisson

Injection en réseau de gaz naturel

Cogénération(électricité + chaleur)

Valorisation à proximité du site de production

Valorisation en dehors du site de productionLorsque le besoin de chaleur ou de carburant est distant de l’unité de production

Traitement

« léger »

L’injection du biométhane en EuropeDes objectifs ambitieux, et une alternative déjà bien réelle

9Source: État de l’énergie au Québec 2017

* Programme de Traitement des Matières Organiques par Biométhanisation et Compostage

• En Europe, 400 installations produisant env. 2 milliards m3

GNR/an (installation moy. env. 4,5 Mm3GNR/an)

• Au Canada, 8 installations produisant env. 110 Mm3

GNR/an (installation moy. env. 14 Mm3GNR/an)

• Au Québec, 3 installations en service et une douzaine à venir dans le cadre du PTMOBC*

Source : European Biogas Association

La gazéification, la 2e génération en développement

La gazéification est la conversion thermochimique de la biomasse en un gaz de synthèse combustible, souvent appelé le syngaz.

10

Biomasse sèche – ligneuse

• Forestière (résidus forestiers)

• Agricole (résidus de culture)

• Municipale et ICI (déchets organiques)

• Municipale (traitement des eaux usées –

boues)

• Autres…

COLLECTE DES INTRANTS GAZÉIFICATION

Séchage (100 — 200 °C)

Syngaz

brut

Cendres,

goudrons

Nettoyage (syngaz)

Électricité, chaleur

Méthanation + Raffinage (GNR)

Injection, carburantPyrolyse (150 — 500 °C)

Oxydation partielle (1 200 — 1500 °C)

Gazéification(800 — 1200 °C)

VALORISATION

La gazéification

Différentes options

technologiques, mais

encore des enjeux à

résoudre

11

Biomasse

Gazéification

GNR

Nettoyage

Réaction gaz

à l’eau H2/CO > 3

Méthanation

Raffinage

Syngaz brut

Syngaz

• Différents types de réacteur adaptés à différentes

biomasses et différentes applications

• Composition du syngaz brut liée à la biomasse et au

réacteur : CH4 (0-20 %), H2 (10-45 %), CO (4-45 %), CO2 (10-40 %),

N2 (0-55 %), H2O (0-20 %), O2,goudrons, composés soufrés

• 1er nettoyage pour enlever les indésirables

• Ratio idéal H2/CO > 3 pour la méthanation du syngaz

en GNR. Souvent nécessité d’enrichissement préalable

en H2 par réaction de gaz à l’eau

• Méthanation : réaction entre CO et H2 pour produire

du CH4 et H2O

• Raffinage du GNR pour retirer les composés non

désirés restants (H2, CO, H2O, CO2)

La gazéificationLe procédé repotec de Güssing

• Installation pilote de gazéification de copeaux de bois

à la vapeur de 8 MW, depuis 2002

• Plusieurs valorisations du Syngaz possibles : • Cogénération (2 MWélec et 4,5 MWth)

• Production de GNR (1 MW), depuis 2008

• Création du consortium « Méthane issu du bois » pour

valoriser les résultats de recherche et développement de

plusieurs nouvelles installations (par exemple, à Lyon en

France avec Engie)

12

Le projet pilote Gaz Métro – G4 InsightL’hydrogénation pyrocatalytique (HPC), un procédé thermochimique plus simple

13

Le projet pilote Gaz Métro – G4 Insights

14

• Équipement : L’ensemble du procédé a été testé dans une unité

de démonstration au CTGN. Les essais se sont déroulés au

printemps 2016, en collaboration avec l’entreprise G4 Insights.

• Résultat : Les essais ont confirmé que le procédé est

technologiquement exploitable.

• Prochaine étape : Poursuivre les efforts pour adapter et

accroître le potentiel de production du procédé, afin de valoriser

la biomasse forestière et ainsi générer du gaz naturel

renouvelable et québécois qui pourrait éventuellement être

injecté dans notre réseau gazier ou utilisé localement.

Le Power-to-Gas, la 3e génération en développement rapide

• Le « Power-to-Gas » est la conversion de surplus d’électricité renouvelable en gaz directement injectable dans le réseau gazier (non-coïncidence entre la production et l’utilisation).

• Dans une première étape d’électrolyse, l’association de l’électricité à de l’eau permet de produire de l’hydrogène (H2) qui, éventuellement combiné à du dioxyde de carbone (CO2) dans une seconde étape de méthanation, conduit à la production de méthane.

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Le E-GAS Project de AudiUne installation de 6 MW en Allemagne

• Lancement courant 2013

• Injection de 1,4 million m3/an de biométhane

dans le réseau gazier

• Captation de 2 800 tCO2/an d’une usine

de biométhanisation de déchets

• Fourniture de carburant pour Audi A3 Sportback TCNG

parcourant 15 000 km chacune (30 gCO2/km)

16

Biométhane au Québec : Le potentiel de la biométhanisation

17

bas

moyen

haut

très haut

Laval

Montréal Longueuil

Varennes

Québec

Saint-HyacintheSherbrooke

Rivière-du-Loup

Beauharnois

Potentiel théorique : 700 M à 1 Gm3/an

15 % à 20 % du gaz consommé au Québec

Potentiel à court terme : 50 M à 100 Mm3/an

1 % à 2 % du gaz consommé au Québec

Un potentiel grandissant, mobilisant 3 générations de GNR

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Biomasse forestière

Gazéification/MéthanationEn développement

Électricité renouvelable

Électrolyse/MéthanationEn développement

Déchets organiques

Biométhanisation/ÉpurationDisponible

Potentiel de

production

de GNR

Court terme Moyen terme Long terme

La biométhanisation à Saint-Hyacinthe :Le contexte

• Biodigesteur, gestion des déchets de table

et industriels

• Gestion des boues de la station

d’épuration des eaux

• Forte concentration d’entreprises du

secteur agroalimentaire

• Résidentiel : collecte et traitement des

matières organiques

• Implantation de la 3e voie et appui

de la population

• Partenariat avec Gaz Métro

• Achat du biométhane non consommé

par la Ville

GNR de Saint-Hyacinthe:Une source d’énergie renouvelable

13 Mm³/an injecté au réseau Gaz Métro commençant en 2017

Comment le GNR sera utilisé :

• Carburant pour le parc de véhicules municipal : 250 000 m³/an

• Chauffage des bâtiments municipaux de la Ville de Saint-Hyacinthe : 1 Mm³/an

Surplus à vendre : 11,75 Mm³/an

• Injection au réseau de Gaz Métro pour distribution :

• Autres villes

• Institutions

• Clients privés

20

St-Hyacinthe CVMO Centre de valorisation des matières organiques

21

Station de ravitaillement GNC

22

Les carburants alternatifs

23

Diesel

Essence

Électrique

GNC

Coûts (véhicules

et infrastructures)

Complexité (équipement, entreposage et distribution)

GNL

GPL

Industriels Citoyens

Structure actuelle

24

BiométhanisationTraitement et compression

Conduite de raccordement au

réseau

Achat et distribution

Activités prises en charge par Gaz MétroActivités prises en charge par le producteur

Autoconsommation

et/ou vente privée

et/ou vente du biométhane

à Gaz Métro

Tarif d’injection Tarif de distributionDigestion

anaérobiqueGaz naturel

renouvelable

Prix d’achat approuvé par la Régie de l’énergie (coûts évités) insuffisant par rapport au prix de production

25

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 000 000 10 000 000 15 000 000 20 000 000 25 000 000

$/GJ

Capacité d'injection m³/an

Gaz du réseau

Gaz Métro - coûts évités

Bullfrog Power

Californie LCFS/RIN — volatile

Massachusetts REC — quantités limitées

Vermont Gas RFP — en développement

Projets non-subventionnés

Projets PTMOBC

Objectifs de Gaz Métro

• Distribution du gaz naturel renouvelable via le réseau de gaz

• Poursuivre la diversification de notre portefeuille énergétique

• Répondre à la demande de notre clientèle soucieuse de réduire son empreinte carbone en lui donnant

accès à du gaz naturel renouvelable produit au Québec.

26

Situation actuelle

27

Aucun contenu minimal

d’injection GNR

Stratégie de développement

1. Contenu minimal d’injection de GNR dans le réseau

2. Établissement d’un mécanisme d’achat avec prix juste

3. Mise en place d’une plateforme pour l’achat avec un tarif GNR

28

Marché optimisé

29

Contenu minimal

d’injection GNR

Le gaz naturel renouvelable

• Jusqu’à 99,4 % de réduction

de gaz à effet de serre par

rapport au pétrole et au diesel;

• Gaz naturel issu de :

• Déchets organiques,

• Résidus forestiers,

• Surplus d’électricité verte;

• Production locale et

génératrice de revenus.

30

Le biométhane, bientôtdans un réseau près de chez vous!