ETW installe deux moteurs de cogénération biogaz avec catalyseur SCR

L’installation de Backnang, photo ETW

Depuis le 23 octobre 2019, l’entreprise de gestion des déchets Rems-Murr à Backnang-Neuschöntal dans le Bade-Wurtemberg dispose de deux nouvelles centrales de cogénération à haut rendement dans lesquelles le biogaz résiduels des installations de méthanisation est co-incinéré avec le biogaz principal. Par ailleurs, à partir de 2023, ces deux installations émettront cinq fois moins d’oxyde d’azote qu’aujourd’hui.

Ces deux nouvelles centrales ont été construites par la société ETW Energietechnik GmbH de Moers en Rhénanie du Nord-Westphalie. Il s’agit ici d’un renouvellement, les deux anciens moteurs ont été remplacés après 65 000 heures de fonctionnement et plus de huit ans d’exploitation. Il en a résulté un bond en avant en termes d’efficacité énergétique, qui repose essentiellement sur l’installation de moteurs à gaz plus grands et plus puissants ainsi que sur le perfectionnement de la technologie des moteurs à gaz. De plus, des économies de carburant sont réalisées grâce à l’utilisation du méthane résiduel récupéré dans les installations de méthanisation (cuves de stockage notamment).

ETW Energietechnik a adopté une approche progressive sur ce projet : dans un premier temps, les moteurs usagés de 800 kWé chacun ont été démontés. Au même endroit, l’entreprise a installé deux nouveaux moteurs d’une puissance électrique de 1560 et 1200 kW. Il s’agit d’unités de cogénération en conteneur de 14 mètres sur 3,2 mètres sur 3.

Les deux modules de cogénération de Backnang, photo ETW

La centrale première unité, une ETW 1560 BG dispose d’un moteur de cogénération MWM TCG 2020 V16 produisant 1560 kWé et 1528 kWth avec une consommation totale de 3683 kW. La seconde, une ETW 1200 BG dispose d’un moteur MWM TCG 2020 V12 produisant 1200 kWé et 1153 kWth avec une consommation de 2804 kW.

En comparaison avec les anciens moteurs, le rendement électrique augmente de près de 1,6 % pour arriver maintenant à 42 % de conversion électrique. L’efficacité globale augmente quant à elle légèrement pour atteindre 85 % compte tenu de la valorisation chaleur. La chaleur est utilisée pour chauffer les digesteurs et le bâtiment d’exploitation, l’excédent étant mis à la disposition de la ville de Backnang pour le séchage des boues d’épuration.

Un autre saut d’efficacité est obtenu grâce à une particularité de l’installation : l’air d’échappement des digestats est ajouté à l’air de combustion des moteurs. Cet air d’échappement présente une teneur en méthane de moins de 1,75 %, ne serait pas utilisable directement, mais participe ici à compléter le biogaz riche et donc à produire plus d’énergie avec la même ressource.

 » C’est la première fois que nous équipons une installation ETW de cette manière » rapporte Alexander Szabo, ingénieur responsable des ventes chez ETW Energietechnik.

Avant injection dans les moteurs avec l’air comburant, l’air d’échappement, extraits des réservoirs de stockage des digestats et du réservoir de sédimentation,  est nettoyé par un laveur-sécheur. Pour éviter un mélange inflammable dans l’air de combustion, l’air est débarrassé de l’hydrogène sulfuré (H2S) et surveillé en permanence au moyen d’un analyseur de gaz.

La mise en place de cette mesure a été faite suite à deux changements dans la législation allemande et de l’obligation désormais de récupérer le méthane résiduel des installations de méthanisation pour empêcher la fuite de ces gaz à effet de serre puissants.

Une autre obligation pour les installations de cogénération entrera en vigueur à partir de 2023 : elles devront émettre moins de 100 mg/Nm3 d’oxydes d’azote à 5% d’O2. Actuellement, cette limite est de 500 mg/Nm3 à 5% d’O2. C’est ce que prévoit l’ordonnance sur les installations de moyenne puissance des moteurs à combustion, des turbines à gaz et des moteurs à combustion interne, la 44e ordonnance fédérale sur la protection contre les émissions (44e OImSchV), qui a été actualisée en juin 2019.

Le pot catalytique de l’un des nouveaux moteurs de cogénération à Backnang, photo ETW

En prévision de cette deuxième obligation, et pour éviter un rééquipement ultérieur coûteux du système d’échappement, les deux moteurs ont d’ores-et-déjà été équipées de catalyseurs d’oxyde d’azote modernes. Ces éléments catalytiques sont montés sur un support en céramique. Cette technologie SCR (Selected Catalytic Reduction) est la seule technologie permettant de réduire la quantité d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement des moteurs à gaz. Ces oxydes d’azote dans les gaz d’échappement des moteurs sont composés de monoxyde d’azote (NO) et de dioxyde d’azote (NO2).

Pour réduire les oxydes d’azote, de l’AdBlue doit être injecté dans le système d’échappement : ce mélange a une teneur en urée de 32,5 %. La température élevée des gaz d’échappement transforme l’Adblue en ammoniac qui réagit avec les oxydes d’azote sur la surface catalytique des éléments du catalyseur selon la formule de réaction suivante :

4 NO + 4 NH3 + O2 —–> 4 N2 + 6 H2O

ETW Energietechnik a d’ores-et-déjà installé une partie des éléments de catalyseurs SCR. Ceux-ci réduisent ainsi déjà, même sans injection d’urée, le formaldéhyde dans les gaz d »échappement. Le formaldéhyde (CH2O) est transformé en eau et en CO2. Le système complet de catalyseur SCR, avec l’injection d’urée, ne sera par contre pas mis en service avant 2023. Afin de respecter les limites plus strictes, il suffira alors de procéder à un rééquipement mineur.

En plus de l’attribution du contrat pour ces deux nouvelles installations de cogénération, ETW Energietechnik GmbH a également obtenu le contrat pour l’extension de l’installation de méthanisation des déchets. Cela comprend l’ensemble de la technique de processus, de mesure et de régulation. Cela comprend également l’installation de séchage par lavage de gaz pour l’air d’échappement des résidus de fermentation.

Mise aux normes pour la réduction des NOx

En 2022, ETW Energietechnik modernisera les deux centrales afin qu’elles puissent respecter la valeur limite de 100 mg/m3 pour les oxydes d’azote à partir de 2023.

Un réservoir d’urée, la tuyauterie en acier inoxydable entre le réservoir d’urée et l’injection, une conduite d’aspiration dans le moteur à gaz et un dispositif de dosage d’urée seront ajoutés. Cela nécessitera aussi un compresseur d’air, des capteurs de pression et de température, des capteurs d’oxyde d’azote et d’oxygène en amont et en aval du convertisseur catalytique. Pour cela, le boîtier du catalyseur sera entièrement équipé d’éléments catalytiques.

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