Biogaz : une technologie à deux étapes pour purifier méthane et CO2 à petite échelle

Transformer les déchets organiques en ressources énergétiques tout en limitant l’impact climatique : un équilibre complexe que cherche à maîtriser une équipe de chercheurs saoudiens. Alors que la méthanisation se démocratise, les systèmes de purification du biogas peinent encore à concilier rentabilité et durabilité, particulièrement à petite échelle. Une avancée technologique pourrait-elle révolutionner ce secteur sans tomber dans les écueils des solutions existantes ?

Produit par la décomposition de matières organiques comme les boues d’épuration, les résidus agricoles ou les déchets alimentaires, le biogas se compose principalement de méthane (50 à 70 %) et de dioxyde de carbone. Bien que ce gaz renouvelable soit utilisé pour la cuisson, le chauffage ou la production d’électricité, sa composition hétérogène limite son utilisation optimale. La présence de CO₂ réduit son pouvoir calorifique, tandis que les traces de méthane dans le gaz résiduel — jusqu’à 30 fois plus réchauffant que le CO₂ — aggravent son bilan carbone.

Actuellement, la méthode d’adsorption par variation de pression (PSA) permet de séparer ces composants. Sous haute pression, le CO₂ est capté par un matériau poreux, laissant un méthane relativement pur. Cependant, ce procédé génère un gaz de queue contenant encore du méthane, souvent relâché dans l’atmosphère. Pour les petites installations, les coûts élevés et la complexité technique rendent cette solution difficilement applicable.

Une double étape pour une pureté optimale

Carlos Grande, chercheur à l’Université King Abdullah (KAUST), et son équipe ont conçu un système PSA innovant, spécifiquement adapté aux petites échelles. Leur objectif : éliminer les émissions de méthane tout en produisant un CO₂ industriellement valorisable. « Si des unités compactes devenaient abordables, elles pourraient être déployées dans les fermes ou les communautés locales, étendant l’usage du biométhane comme carburant renouvelable », commente Carlos Grande, soulignant une approche à la fois économique et écologique.

Les simulations ont montré qu’un système à deux étages surpassait les configurations traditionnelles. Une première étape à quatre colonnes concentre le CO₂ à haute pureté (99,5 %), tandis qu’une seconde étape à deux colonnes affine la qualité du méthane (>97 %). Le gaz résiduel de la seconde phase est recyclé vers la première, permettant une récupération maximale du méthane. Cette conception réduit non seulement les pertes, mais diminue aussi la consommation énergétique grâce à l’utilisation de ballons industriels régulant les flux gazeux.

Vers une démocratisation des petites unités

Outre ses performances techniques, le système se distingue par son adaptabilité. « Nous pouvons personnaliser les unités PSA pour différents types de biogas, en fonction des ressources disponibles en Arabie saoudite », précise à nouveau Carlos Grande. Cette flexibilité ouvre des perspectives pour les industries locales, notamment agricoles, où les volumes de déchets sont variables.

L’équipe travaille désormais à réduire de 30 % les coûts des petites installations. Une optimisation cruciale pour permettre un déploiement large, notamment dans les régions reculées. En combinant simplicité technique et rentabilité, cette technologie pourrait redéfinir les normes de valorisation énergétique, tout en répondant aux réglementations climatiques les plus strictes.

Légende illustration : Les usines de biogaz transforment les déchets organiques en énergie, en libérant du dioxyde de carbone et des traces de méthane. Les chercheurs de la KAUST ont mis au point une méthode rentable pour valoriser le biogaz à l’échelle de l’exploitation agricole, en améliorant l’efficacité et en réduisant les émissions.

Ganesan, S., Canevesi, R.L.S. and Grande, C.A. Pressure swing adsorption configurations for simultaneous production of high-purity biomethane and carbon dioxide from biogas. Ind. Eng. Chem. Res. 63, 18497−18512 (2024).| article | Ganesan, S., Canevesi, R L.S. and Grande, C.A. Simplified and cost-effective pressure swing adsorption system for simultaneous production of bio-methane & biogenic CO₂ from biogas. Energy Conversion. Management. 325, 119398 (2025).| article