Gazéification hydrothermale
# Gazéification hydrothermale

La gazéification hydrothermale (gazéification aqueuse à température et pression élevées ; en anglais, hydrothermal gasification ou hydrothermal gasification of biomass) est un procédé physico-chimique de conversion de biomasse humide en gaz naturel.

Elle utilise l’eau contenue dans la biomasse dans son état supercritique comme milieu réactionnel pour produire un gaz de synthèse riche en méthane. Le gaz produit, sous haute pression en sortie du procédé, peut être soit injecté et stocké dans le réseau gazier, soit directement brûlé pour assurer une production de chaleur.

En plus du gaz produit, le procédé permet de récupérer des sels minéraux, de l’azote et de l’eau présents dans l’intrant, qui peuvent être exploités notamment pour produire des engrais.

## Principe

Le principe de la gazéification hydrothermale est l'utilisation de l’eau contenue dans la biomasse comme catalyseur sous une pression élevée (entre 210 et 350 bars) et à haute température (entre 360 et 700 °C).

L'intrant utilisé est une biomasse liquide. Ce peut être notamment du lisier, du fumier, un digestat issu d’unités de méthanisation, des boues d'épuration ou bien un effluent organique issu d’activités industrielles. Sous contrainte de température et de pression, les minéraux présents dans la biomasse liquide précipitent et sont extraits pour être réutilisés, notamment sous forme d'engrais. Dans une seconde phase, les molécules organiques sont craquées pour obtenir des gaz. Les gaz issus du procédé sont principalement du méthane, mais également du dihydrogène et du dioxyde de $carbone^,.$ En outre, cette opération permet la destruction de produits polluants et pathogènes (virus, bactéries, résidus médicamenteux), tout en préservant l’eau et les sels minéraux qui y sont $contenus^,.$

La gazéification hydrothermale est un procédé endothermique. Les rendements de conversion les plus intéressants sont généralement obtenus à des conditions opératoires de température et de pression élevées, soit environ 600°C et 300 bars. Toutefois, l'introduction de catalyseurs permet d'abaisser la température de réaction entre 400°C et 500°C, et autorise également une sélectivité plus grande des gaz issus de la réaction, notamment de choisir entre un mélange plus riche en dihydrogène ou en méthane. Le procédé permet également de récupérer des coproduits, en l'espèce de l'eau et des sels minéraux, notamment azote, phosphore et potassium, qui peuvent réutilisés en tant que $fertilisants^,.$

## Mise en œuvre

La gazéification hydrothermale fonctionne en trois étapes. La première est la préparation de l'intrant, c'est-à-dire de la biomasse. La biomasse doit idéalement avoir un taux de matière sèche compris entre cinq et quarante pour cent.

La préparation comporte notamment une homogénéisation, un tamisage et un broyage, afin de rendre les réactions physico-chimiques plus efficaces. Après cette préparation, le mélange est peu à peu porté à une pression de 280 à 300 bars. L'état supercritique du fluide entraîne alors une précipitation gravitaire des sels minéraux (phosphore, potassium, calcium, etc.) qui peuvent être évacués à l'aide d'un dispositif $approprié^,.$

## Efficience et bilan énergétique

Le taux de conversion du carbone envisagé est supérieur à 90 % ; la quantité de sous-produits indésirables, cendres et biochar, ainsi que de polluants atmosphériques, est relativement faible. Selon les premiers prototypes, la conversion est assez rapide et dans des modules de taille compacte : les premières estimations montrent qu'un équipement de surface au sol d’environ 250 mètres carrés permet le traitement de trois tonnes par heure d'intrant.

Un des effets induits de cette technologie est qu'elle peut permettre la réutilisation des eaux traitées pour l'irrigation agricole ou urbaine sans traitement supplémentaire. Un autre atout très notable qui valorise cette technologie par rapport à la méthanisation est le temps de réaction, d'une trentaine de minutes contre vingt à trente jours pour les procédés utilisant des bactéries.

## Déploiement

En Europe, les Pays-Bas sont dotés du programme le plus ambitieux. Un premier prototype de 20 MW est mis en place par SCW Systems en 2022, et permet le traitement de 16 tonnes par heure d'intrant. L'ambition nationale d'arriver en 2030 à une production de 11 TWh par an, soit 57 % de la consommation totale de gaz renouvelables du $pays^,^,^,.$

Quatre autres pays européens sont lancés dans des programmes de création de filière de gazéification hydrothermale : la Suisse qui a mis en œuvre à l'Institut Paul Scherrer un démonstrateur capable de traiter 110 kg/h, l'Espagne et la France. Dans ce dernier pays, le premier démonstrateur, ayant coûté 15 millions d'euros, est attendu pour 2024 ou 2025, et prévu à Saint-Nazaire. Une production annuelle d'1 TWh est initialement attendue dès $2030^,^,,$ mais le livre blanc publié par la suite affiche des objectifs plus ambitieux avec 2 TWh en 2030 et 50 TWh en 2050.

En France, le potentiel estimé de traitement à l'horizon 2050 est de 100 millions de tonnes d’effluents liquides sur les 340 millions produits annuellement dans le pays, qui produirait à cette date entre 58 et 138 TWh d'énergie, la consommation totale prévue étant alors comprise selon les scénarios entre 280 et 360 TWh. Dans ce cadre, GRTgaz crée en mars 2021, lors du salon Bio360 de Nantes, le Groupe de Travail national Gazéification Hydrothermale (GTGH) associant une cinquantaine d'entreprises, principalement des secteurs du bâtiment, de l'énergie et de l'agro-alimentaire, afin de proposer des solutions techniques permettant une mise en œuvre efficace du $procédé^,.$

Dans le cadre de l'invasion russe de l'Ukraine, plusieurs entreprises s'investissent dans cette filière afin de devenir moins dépendantes du gaz russe.

