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V i s i t e d e B i o p o w e r To n g e r e n & n e t w o r k i n g e v e n t – 2 5 s e p t e m b r e 2 0 1 5
Cluster Technology*of*Wallonia*Energy,*Environment*and*sustainable*Development*
1
VISITE DE BIOPOWER TONGEREN
& NETWORKING EVENT
25#septembre#2015#
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V i s i t e d e B i o p o w e r To n g e r e n & n e t w o r k i n g e v e n t – 2 5 s e p t e m b r e 2 0 1 5
PROGRAMME
• 09H15 : Accueil et tests de voitures électriques
• 10H00: Introduction par TWEED
• 10H05 : Développement en Belgique du principal fournisseur d'énergie (électricité, gaz et énergie renouvelable) au Luxembourg, Enovos
• 10H15: Avantages et obstacles à la biométhanisation, Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), Philippe DELFOSSE, Project Leader – Bioenergy
• 10H30: Injection du biogaz sur le réseau – Situation actuelle et perspectives de l'étranger, Jérôme Breton, Prestataire de services Indépendant, Agriculture – Biométhanisation
• 10H45 : Hydrogenics - Power to gas, Denis Thomas, Business Development Manager Power-to-Gas
• 11h00 : Présentation de "Biopower Tongeren", la plus grande installation de biogaz de la province du Limbourg, NPG-Enovos
• 11H15 : Networking
• 11H30 : Visite de l'installation via voitures électriques & Networking Lunch
• 13H00 : Fin
La structure du Groupe Enovos
Prénom Nom, date
2
Creos Luxembourg S.A.
75,43%
Creos Deutschland Holding GmbH
Enovos Deutschland SE
11,02 % 88,98 %
Leo S.A.
100%
Enovos Luxembourg S.A.
100%
Enovos International S.A.
96,88%
autres participations
autres participations
autres participations
Prénom Nom, date
3 L’actionnariat d’Enovos International S.A.
État grand-ducal 25,44%
SNCI 10,01% (Société Nationale de Crédit et d�investissement – détenue par l�Etat)
Ville de Luxembourg 8,00%
ARDIAN 23,48%
RWE 18,36%
E.ON 10,00%
GDF Suez 4,71%
Prénom Nom, date
4
Chaîne de valeur (électricité et gaz naturel)
Position et stratégie
Production d’énergie renouvelable
Stockage Achat Transport Trading / Portfolio
Ventes
En amont En aval
Développement,construction et exploitation de centrales d’énergie renouvelable
Stockage de gaz naturel Station de pompage hydro-électrique
Contrats d’approvision-nements à moyen et long terme/ marché spot
Vente à des clients -finaux (tous les segments) -clients grossistes
Gestion de portefeuille Trading électricité, gaz naturel, produits pétroliers et dérivés, charbon, certificats CO2
Services et conseils énergétiques
Services
Prénom Nom, date
5
Activités commerciales
Position et stratégie
Segments
Clients particuliers
Distributeurs locaux
Clients indus-triels, grands et moyens
Luxembourg Allemagne France Belgique
Prénom Nom, date
6
Unité 2014 2013
Ventes d’électricité TWh 17,2 17,3
Ventes de gaz naturel TWh 28,1 34,9
EBITDA M€ 73,7 59,5
Effectif (en fin d’année) Nombre 539 528
Chiffres clés d’Enovos « Markets » 2014
*Résultat net avant effets exceptionnels
Sales activities in Belgium 8
• Depuis fin 2011: - Livraison gaz et électricité - Dans l’ensemble du pays - Focus sur les « gros consommateurs »
• 2015:
- +- 150 POD - +- 1,1 TWh (+- 80 M€ CA) - ENOVOS BELGIUM - Quelques références:
Stratégie durable pour les énergies renouvelables 9
• Enovos développe, construit et exploite des installations d’énergie renouvelable pour son propre compte mais aussi pour compte de tiers (municipalités et clients « B2B ».
• CAPEX d’investissement 2014-2018: 300 M€
• En Belgique, Enovos détient 51% de NPG Energy SA (Riemst) - 10 MW éolien
- 11.3 MW photovoltaïque
- 11.2 MW cogénération biogaz
Prénom Nom, date
Énergies renouvelables
Évolution de la puissance installée 2009-2014 en MWel.
Prénom Nom, date
10
0
39
6
65
5
51
17
93
8
72 61
20
161
13
98 97
228
17
108
145
290
29
116
136
301
!
La stratégie du Groupe Enovos – Vision 20-20
Sur fond de la transition énergétique, le Groupe Enovos résume ses réflexions dans une approche stratégique, intitulée « Vison 20-20 ». Ainsi, le fournisseur d’énergie Enovos regroupe et renforce ses initiatives dans les domaines :
1. Electricité et gaz naturel Création de nouveaux produits et services
2. Efficacité énergétique Encourager les économies d’énergies
3. Production décentralisée Produire et gérer l’énergie directement chez le consommateur
4. Eco.mobility Développer les moyens de transports écologiques
5. Smart applications Utiliser l’énergie de manière intelligente
Prénom Nom, date
11
• LIST = Luxembourg Institute of Science and Technology • RTO: Research and Technology organization • 3 départements:
• ERIN : Environmental Research and Innovation ! Bioénergies • ITIS: Information Technology for Innovative Services • MRT: Materials Research and Technology
• • Un budget de près de 64 millions d’euros • • Recherche contractuelle : 10,5 millions d’euros • • Recherche compétitive : 14,5 millions d’euros • • +/- 600 collaborateurs dont près de 3/4 sont des chercheurs • • Près de 70 doctorants • • 350 publications scientifiques référencées par an • • Un portefeuille de 50 familles de brevets • • 300 projets de recherche dont 30% menés dans des programmes européens
Depuis le 1 Janvier 2015 CRP-GL + CRP-HT = LIST
NAISSANCE DU LIST
2
3 3'3
Production et Charactérisation de biomasses énergie
(Plantes Energétiques, Effluents Animaux, et Résidus de Culture)
Large base de données !
Suivre
Comprendre
Optimiser
Le processus
de Biométhanisation
Vecteurs d’énergie
(CH4, H2)
Valorisation des Digestats:
Fertilisants (NPK)
Bilan Gaz à effet de serre
Bilan Nitrate
Valorisation de la Chaleur
Comprendre et Optimiser le processus de biométhanisation pour la production d’énergie et de matières organiques fertilisantes
Implementation: - Essais en champ
- Pilotes
- Suivi en ligne sur unité
- Télédétection
- Approches moléculaires
- GC, CHNS, NIRS
- Biochimie
- Senseurs
- Bio-indicateurs
- Logiciels
- Prototypes
La biométhanisation passage obligé vers une agriculture efficiente en énergie et engrais !
Du champ au champ !
Chimie'verte'Détoxifica@on'2005E2015'
• Trois groupes de composés majeurs constituent la biomasse
• Les Hydrates de carbone (CHO) • Les Lipides (CHO) • Les Protéines (CHONS)
• Cinq éléments majeurs C H O N S et de nombreux minéraux
• L’énergie primaire qui permet la synthèse de cette biomasse
• La ligno-cellulose est la forme de biomasse la plus répandue sur terre • Production annuelle de biomass ~100 TW (1012 W, puissance) • Consommation mondiale ~18 TW (1012 W, puissance) • Energie consommée par an = 158,000 TWh ÷ 24 h ÷ 365 = 18 TW
! 7 fois plus d’énergie stockée annuellement dans la biomasse que requise par l’humanité annuellement.
Origine, composition, et potentiel
QU’EST CE QUE LA BIOMASSE ?
5
EE'='3E6%'
EE'='15%'
Air' Sol'
Soleil, Lune, et géothermie sont les sources primaires des ER
LA PLACE DE LA BIOMASSE ÉNERGIE
6
100#TW&yr#per#year#
Consomma@ons'Annuelles'
Renouvelables'TWEan'/'an'
Perez'et#al.,#2009'
1'TW'='1012'W''
Réserves#Totales#des#resources#Finies#
• Pétrole, Gaz Naturel et Charbon proviennent aussi de la biomasse (+ieurs 100 Mio années) !
• Sédimentation rapide de matière organique morte (plancton, algues, végétaux) lors des périodes chaudes sur la planète (delta, lagunes, côtes) et accidents géologiques.
• Accumulation excède le recyclage par la biosphère
• Compression + température élevée + anoxie assèche cette matière et la « pyrolyse » lentement
• Lipides ! Hydrocarbures = Pétrole • Lipides ! CH4 = gaz naturel • Lignocellulose ! C + CH4 = charbon et grisou
La biomasse verte = 10% de la consommation mondiale La biomasse fossilisée = 82% de la consommation mondiale
LA PLACE DE LA BIOMASSE ÉNERGIE
7 Pyrolyse'='combus@on'en'absence'd’oxygène'
• Le BOIS • Forêt : ±8 m3/an bois à 2000 kWh/m3 = 16 000 kWh ≈ 1,600 tep • Taillis courte rotation : ±8 t MS/an à 5 500 kWh/t = 44 000 kWh ≈ 4,400 tep
• Les CULTURES ANNUELLES • Oléagineux (Colza, tournesol): 1 ha ! 1 750 L biodielsel ≈ 1,365 tep (EE ≈ 3) • Saccharifères (EE ≈ négative ! 1,3 ! 5 pour la C à S)
• Canne à sucre: 20% de la biomasse agricole mondiale 100t/ha à 10% sucre = 8 000 L ≈ 4,080 tep • Betteraves: 65 t/ha avec 18% sucre ! 7 500 L bioéthanol (x 0.51) ≈ 3,825 tep • Maïs: 10 t/ha avec 70% amidon ! 3 500 L bioéthanol (x 0,51) ≈ 1,785 tep • Céréales : 9 t/ha avec 70% amidon ! 3 200 L bioéthanol (x 0.51) ≈ 1,632 tep
• Fibreuses (Maïs, chanvre, sorgho, millet) • Bioéthanol II génération Maïs: ≈ 400 L/t MS ! 8 000 L/ha ≈ 4,080 tep (on l’attend toujours !) • Biogaz: Maïs ≈ 120 Nm3/t ! 7 000 Nm3/ha ≈ 6,000 tep
• Les CULTURES PÉRENNES • Miscanthus: 20-40t /ha MS • Sida: 10-15t/ha MS • Silphie, Topinambour
Les potentiels bruts (tep/ha) !
LA BIOMASSE ÉNERGIE
8
1m3'bioéthanol'='0.51'tep'1'm3'biodiesel'='0.78'tep'1'000'm3'CH4'='0.85'tep'1#ha#
Procédés physico-chimiques
• COMBUSTION ! Σ thermique + CO2 • PYROLYSE ! consomme Σ et produit H2, CH4, goudrons, et biochar • GAZIFICATION ! SYNGAS (CO, H2, CH4) + résidus • BIOMASS to LIQUID (Fischer–Tropsch proc.) H2 + CO ! bio-diesel • PRESSAGE DE L’HUILE VÉGÉTALE ET CONVERSION EN BIODIESEL
Procédés biologiques • COMPOSTING ! Chaleur à basse température + engrais • BIOÉTHANOL (I, II, III génération) ! combustible liquide + aliments pour animaux • BIOMÉTHANISATION ! CH4 + fertilisants + plateformes molécules
LES VOIES DE VALORISATION
9
Hygiénisa<on,#détoxifica<on,#réduc<on#des#odeurs,#adven<ces#
Perte#des#nutriments#!!!#
Perte#de#nutriments#!!!#
Economie#circulaire#(NPK)#+#Energie#+#Biomatériaux#
Conversion de la matière organique en gaz (EE ≈ 5-8)
BIOMÉTHANISATION
10
• Naturel • Microbiologique et complexe • Convertit la MO complexe en 5 gaz • CH4, CO2, H2, H2S, NH3
• Hygiénisation • Désodorisation • Adventices • Recyclage des nutriments • Vecteurs d’énergie versatile (CH4, H2) • CHP unit ! électricité • Purification ! réseau de gaz naturel • Réduction des GES
Substrats# CH4 Nm3/t# kWh#
Hydrates de carbone# 370' 3 700'
Lipides# 1 000' 10 000'
Protéines# 480' 4 800'
16
PNE Oebislfelde Allemagne
2 Dig. 8 000 m3
2 Post-Dig 10 000 m3
1 400 Nm3/h de Biomethane
Électricité'pour'35'000'ménages'Ou'Chauffage'pour'6'000'ménages'
NGK, MK-Mondercange, BAKONA, Biogaz de l’Our, Redange, Biekerich
INSTALLATIONS IMPORTANTES AU LUX
18
ratio of lifetime costs to lifetime electricity generation
LES COUTS DE PRODUCTION
19 CSP:'concentrated'solar'power'
Un ménage moyen EU/an: 4 000 kWhél + 20 000 kWhth
PRODUCTIONS VÉGÉTALES
20
1'tonne'de'ma@ère'brute'
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Ensilage de Maïs Ensilage decéréales immatures
Ensilage deTournesol
Tonte de pelouse
Journées
Besoins couverts en électricité
Besoins couverts en chauffage
Un ménage moyen EU/an: 4 000 kWhél + 20 000 kWhth
EFFLUENTS D’ÉLEVAGE
21
0
5
10
15
20
25
30
35
Fumier de bovins Lisier de bovins Lisier de porcs Fientes de poulets
Journées
Besoins couverts en électricité
Besoins couverts en chauffage
1'tonne'de'ma@ère'brute'
Un ménage moyen EU/an: 4 000 kWhél + 20 000 kWhth
DÉCHETS AGRO-ALIMENTAIRES
22 1'tonne'de'ma@ère'brute'
0
50
100
150
200
250
300
Tris desemences
Déchets depoissons
Gras dedécoupe de
porc
Sang Déchets dechocolaterie
Journées
Besoins couverts enélectricité
Besoins couverts enchauffage
Potentiel théorique par an et par espèce Collectable !
ÉNERGIE > FUMIERS EU 27
23
• min – max = 50-85 % (Tera = 1012, Exa = 1018)
1Nm3#≈ 10 KWh ≈ 37.8 MJoules #
Max#=#2.48#EJ/a#Min#=#5.02#EJ/a#
CH4#Nm
3 #x#10
6 /a#
Max#=#658#TWh/a#Min#=#133#TWh/a#
Max#=#CH4#65.8#x#Gm3#
Min#=#CH4##13.3#x#Gm3#
CATTENOM#=#35#TWh/a##Max#=#19#x#CaZenom##Min#=#4#x#CaZenom#
Human#=#CH4#Nm3#3670#x#106#=#36.7#TWh/a#
• BIOGAZ • Un procédé microbiologique complexe parfois récalcitrant et difficile à
gérer • Il faut être microbiologiste, plombier, chauffagiste, électricien, mécanicien,
chimiste, maçon, motoriste, physicien, patient avec les administrations, éleveur, agriculteur, transporteur, négociateur, optimiste à toute épreuve, passionné, …
24
Complexité Microbiologique
H2, CO2 Acetate
CH4, CO2
Hydrogenotrophic methanogens
Acetotrophic methanogens
Intermediate products (VFA etc)
Complex organic material (proteins, lipids, carbohydrates)
Soluble organic compounds (Amino acids, sugar etc)
Hydrolytic bacteria
Acidogenic bacteria
Acetogenic bacteria
- Bacteroides
- Lactobacilus
- Sporobacterium
- Megaspheara
- Clostridium
- Ruminococcus
- Paenibacillus
- Desulfovibrio
- Aminobacterium
- Acidaminococcus
- Methanosarcinales order - Methanosaeta
- Methanosarcina
- Methanomicrobiales
- Methanobacteriales
- Methanopyrales
Sulfate reducing bacteria
SO42- ! H2S (use H2, Ac)
Compétition
SAOB
- Clostridium ultunense
- Syntrophaceticus schinkii
- Tepidanaerobacter acetatoxydans
Inhibition
NH3
8 % décrits !
Homoacetogenic bacteria
Homoacetogenic bacteria
H2 + CO2 = Acetate
• BIOGAZ et FERTILISATION !
• C’est le seul processus durable qui permet un retour quasi total des nutriments vers l’agriculture
27
Nutriments: EU est totalement dépendantes
ÉCONOMIE CIRCULAIRE
28
Potassium'K2O' Phosphore'P2O5'
Gisements'concentrés'en'Chine,'au'Maroc,'et'USA'
Gisements'concentrés'au'Canada,Russie,Biélorussie'
ÉCONOMIE CIRCULAIRE
29
Nutriments: EU est totalement dépendante
Azoteair!HaberEBosch!Gaz'naturel'CH4='NH3!NH4+'et'NO3
E'
Gisements'Gaz'Naturel'concentrés'en'Russie'(36%),'Iran'(19%),'Qatar'(19%)'
Principaux'producteurs'NH3'
• Synthèse of 1 t of NH3 = 1 tep = 11 630 kWh = 2 t CO2eq • Synthèse of 1 t of N ! NPK complex = 5 t CO2eq
• Fumiers et lisiers ! engrais organiques " • Combustion ! 1% N Fumier est perdu ≈ N 10 Mt in EU 27
• ! ≈ 100 TWh/a ≈ 3 Cattenom
• Effluents humains (STEP N est perdu) #
• Humains excrètent 1g N in fèces et 10g dans l’urine / jour • EU 27 = 502.5 x 106 capita ! N 5 530 t/jour ! 64.3 GWh/jour • ! 24 000 GWh/a ! 24 TWh/a (NH3 eq)
• ! ≈ 58 TWh/a (NH4NO3 eq) ≈ 1-2 Cattenom
Synthèse des Engrais: 4% GES et 30-50% énergie consommée en Agric
ÉCONOMIE D’ÉNERGIE ET DE RESOURCE
30
Poten<els#!!!#
L’épandage du digestat requiert un équipement adapté
DIGESTATS ET FERTILISATIONS
31
$ '''
X'
Eickenscheidt#et#al.,#2014.#Epandage#avec#plaque#déflectrice'
pH'and'NH3'''et'TRANSPORT'#'
Les digestats peuvent être transformés
32
STRUVITE:''''''SULFATE'D’'AMMONIUM:'NH4SO4'Risque'd’oxyda@on'du'NH4'en'NO3'et'APL'↑#'''UREE':'hydrolysée'CO(NH2)2'+'H2O'→'2'NH3'+'CO2'(acidifica@on'des'sols)''''''
DIGESTAT ET AZOTE
33
• Fixation de Corg dans le sol par la fertilisation N synth est un mythe ! (Khan et al., 2007) ! Digestat = NPK + Corg "
• En cas de couverture par engrais verts CIPAN (Culture Intermédiaires Pièges à Nitrates) ou par des légumineuses, la biométhanisation de ces productions exportées et digérées réduit les émissions de N2O de 38% par rapport à un enfouissement direct dans le champ. (Möller & Stinner, 2009)
• Les lisiers liquides non digérés émettent beaucoup plus de N2O que ces lisiers digérés : 250 comparé à 30 g N ha-1 jour-1 (Möller & Stinner, 2009)
• 350 kg N/ha sous forme de digestat ! APL non détecté après 2 ans. NH4NO3 ! près de 50% N perdu dans les nappes !!!
N&min# Formes:'NEorg'='RENH2''''''''''''''''Ammonium'='NH4
+'
'''''''''''''''''''''''C'org'
Formes:'NO3
E'NH4
+'
'Origine:'Natmo!'HaberEBosch!'NH3
'
1't'Urée'='1'tep'(30E50'%'énergie'agric)'
Origine:'Produc@ons'animales:'Fumier/Lisier'Produc@on'végétales:'CIVE,'CIPAN'Recyclage:'résidus'végétaux'et'animaux''
SOL'
Humus'Corg'
NH4+#
'NO3
&#'
Avantages:#EAssimila@on'rapide'EEffet'visible'immédiat'Désavantage:#ENO3'chargé'néga@vement'EnonEretenu'par'la'matrice'du'sol'et'l’humus'chargé'nég.'EMigre'rapidement'vers'les'nappes'EC'='O'!'C:N'↓'!'N2O'↑'EAcidifica@on'des'sols'EDégrada@on'roche'mère'calc.'
Avantages:#Echargé'posi@vement'Efortement'retenu'par'la'matrice'du'sol'(idem'NEorg)'EMigra@on'faible'vers'les'nappes'ECEorg!'C:N'↑'!'N2O'↓'EN'rapide''et'N'lent'Désavantage:#vola<lisa<on!#EAssimila@on'plus'lente'org'EEffet'retardé'='avantage'T°C'
T°#>#10°C#
Norg'
ε
Digestats'Engrais'chimiques'
Free#
• Biomasse sèche (bois)
! Combustion + filtre + cendres retourne dans le système de production • Biomasse humide (fumier, résidus de culture, aliments périmés, …)
! Biométhanisation + NPK retournent dans les systèmes de production
• Dans le future: Processus efficients énergétiquement pour:
• délignifier les fibres végétales ! Biogaz ↑ mais perte de MO pour les sols • convertir la cellulose en sucres ! Alimentaire, Bioéthanol, et Biogaz
• Il est probable que seuls les processus biologiques montrent suffisamment d’efficience ! Microbes ou leurs Enzymes
• Encore faudra-t-il maitriser ces microbes ! ! Process control
Choisir la voie de valorisation adaptée
CONCLUSIONS
35
EUROPE-28 consommation
PORTEFEUILLE ÉNERGÉTIQUE
40
• ER'='11%'des'E'consommées'• Champions'du'Renouvelable'='Suède'et'Leponie'• Les'déchets'sont'mal'valorisés'• Biomasse'='66'%'des'ER'
• Bioénergies = 44 à 65% ER • Bioénergies = 5% E total • EU-28 besoins (69 Mio tep) • Tendance ! doubler BioE
Energies Renouvelable EU-28 2013: Tendance à la hausse
LA BIOMASSE ÉNERGIE EN EU
41
46%
7% 7%
17%
10%
5% 3%
5%
Wood & other solid biofuels
Biogas
Liquid biofuels
Hydro power
Wind power
Solar energy
Geothermal energy
Renewable wastes
43 % des biodéchets triés ! Energie !
BIOMASSE ÉNERGIE AU LUX
42 Ligneux'!'compostage'''''''''''''''''''''''Autres'!'biométhanisa@on'
Encore 30 + 19 = 49 % de matière organique dans nos déchets résiduels !
LA BIOMASSE ÉNERGIE AU LUX
43
Papier/Pappe/Karton'19%'
Kunststoffe'18%'
Inertstoffe'4%'
Materialverbund'6%'
Metalle'2%'
Bioabfall'30%'
Körperhygienear@kel'8%'
Bekleidung/Tex@lien'3%'
Problemstoffe'1%'
Siebfrak@on'7%'
Reststoffe'2%'
2013/2014#im#GDL#(Gew.&%)#
120#000#t#!#60#000t#poten<ellement#valorisable#!#Sensibilisa<on#!#
Statec,'2014'
44
Production de biogaz au Luxembourg
Situation au Luxembourg
Installations: 30
Puissance installée: 7,1 MWel
Puissance moyenne: 260 kWel
Situation en Allemagne
Installations: +/-8000
Puissance installée : 3.400 MWel
Jobs : 42 500
Technologie (GWh/a) % % des ERCHP 235,6 64,3% -Eolien 60,6 16,5% 46,2%Biogaz 38,5 10,5% 29,4%Photovoltaïque 20,0 5,5% 15,3%Hydroélectricité 6,5 1,8% 5,0%Des eaux usées 5,3 1,4% 4,1%TOTAL 366,6 100% 100%
Production d’électricité au Lux
Biogaz Potentiel 2020
331 GWh/a = 2-3% consommation
Freins'et'opportunités'du'développement'd’une'filière'pleine'd’avenir…'
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Efficience'et'chaleur'! Cogénération&
! &30&à&40&%&élec.&et&60&à&70&%&chaleur&et&pertes&! Chaleur&difficile&à&valoriser&:&efficience&limitée&(max&80&%)&! Très&adaptée&si&chaleur&valorisable&(minorité&des&projets)&
! Biométhane&! Pas&de&chaleur&produite&! Pas&de&problème&de&valorisation&de&chaleur&! Jusqu’à&3&fois&plus&d’énergie&valorisable&sur&le&réseau&! Efficience&maximale&(98&à&100&%)&! Pertes&de&méthane&traitées&! Très&adapté&si&chaleur&non&valorisable&(majorité&des&projets)&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Efficience'et'carburant'! 1&ha&de&biomasse&produit&3&fois&plus&de&Biométhane&
&
! Plus&large&gamme&de&véhicules&GNV&qu’électriques&(CNG&et&LNG)&! Marché&déjà&existant&et&technologie&mûre&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Biométhane'carburant'! Meilleure&valorisation&(efficience,&cout,&…)&! Emissions&très&réduites&(surtout&cultures&dédiées)&&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Energie'mul56vectorielle'! Biométhane&compatible&avec&100&%&besoins&énergétiques&
! Marché&5&fois&plus&grand&que&l’électricité&renouvelable&! Peut&se&substituer&à&toutes&les&énergies&conventionnelles&
! Meilleur&rendement&! Facilité&d’exploitation&! Réseau&existant&non&saturé&
! Potentiel&Wallon&! 10&à&12&TWh&de&biométhane&! 40&%&conso&gaz&Wallonie&! 40&%&conso&carburant&Wall.&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Situa5on'en'Europe'! 14.000&installations&de&biométhanisation&(cogen)&! 280&d’injection&de&biométhane&! 90&–&95&%&gisement&lié&à&l’agriculture&
! D’ici&2030&! 30&%&du&biogaz&européen&en&Biométhane&
Suède,&RoyaumeiUni,&Allemagne,&France,&…&
! 50&%&du&biogaz&français&en&Biométhane&! 10&%&consommation&gaz&naturel&France&=&biométhane&
! Pas&encore&de&site&d’injection&en&Belgique&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Vert'et'compé55f'! Le&citoyen&supporte&le&surcout&de&production&du&renouvelable&
! Réponse&du&biométhane&! Cout&de&production&2&à&3&fois&moins&cher&que&l’électricité&biogaz&! Compétitif&par&rapport&aux&carburants&conventionnels&–&10&%&
! CNG&=&0,70&€&/&litre&équivalent&diesel/essence&! Biométhane&10&%&=&0,07&à&0,10&€&surcout&/&litre&équivalent&diesel/essence&! Prix&total&maximum&0,80&€&/&litre&équivalent&diesel/essence&
&
Exemple&:&Surcout&du&renouvelable&trop&important&en&Allemagne&! Révision&de&la&loi&EEG&2000&i&2014&
! Des&installations&biogaz&en&cogénération&passent&au&biométhane&! Exemple&:&48&installations&dans&la&région&de&Trèves&passent&collectivement&au&
biométhane&>&seule&possibilité&de&continuer&à&fonctionner&! Réduction&du&surcout&pour&le&citoyen&
&Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&
Jérôme&BRETON&
Technologie'maitrisée'! Premières&installations&en&1987&! Différentes&technologies&
! Evolution&rapide&
! Adaptées&à&toutes&tailles&! A&partir&de&50&Nm³/h&biométhane&(=&200&kWél&cogen)&
! Liquéfaction&possible&si&pas&de&réseau&de&gaz&naturel&! Possible&partout&sur&le&territoire&
! Biomasse&valorisable&là&où&elle&se&trouve&! Possible&à&moyen&terme&en&toutes&tailles&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Stockage'd’énergie'! Compression&
! Injection&dans&le&réseau&de&gaz&naturel&! Buffers&(utilisation&en&carburant)&
! Liquéfaction&! Citernes&cryogénique&! Volume&réduit&de&plus&de&650&fois&(1,8&x&diesel)&
! Facilement&stockable&et&sur&de&longues&périodes&! Régulation&du&réseau&et&du&marché&! Répond&directement&aux&différents&besoins&
Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&Jérôme&BRETON&
Développement'régional'rural'! 15&à&20&emplois&/&250&Nm³/&biométhane&installé&! Développement&potentiel&carburant&
! 400&emplois&contre&120&bioéthanol&exploitation&seule&! Potentiel&final&
! 22.500&emplois&(15)&! Dont&7.500&exploitation&(agricole)&
&! Economie&circulaire&brassant&des¢aines&de&M&€&! Revitalisation&de&l’économie&rurale&
! Emplois&ruraux&! Retour&des&travailleurs&partis&vers&les&villes&! Retour&socioiéconomique&pour&les&communes&rurales&
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Un'futur'pour'l’agriculture'! Biomasse&agricole&=&gisement&le&plus&important&! Réponse&aux&enjeux&de&l’agriculture&
! Energétiques&&
! Socioiéconomiques&! Environnementaux&
! Agronomiques&
! Digestat&valorisable&en&agriculture&! Fertilisation&des&200.000&ha&de&céréales&wallonnes&
! Transformation&production&primaire&sans&passer&par&l’industrie&
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Valeur'ajoutée'agricole'! Valorisation&de&nouvelles&ressources&=&revenu&supplémentaire&
! Revenus&sur&vente&énergie&ou&vente&biomasse&! Impliqué&directement&ou&indirectement&projet&collectif&! Installation&à&la&ferme&
! Revenus&stables&et&réguliers&/&décents&! Perspective&à&moyen&et&long&terme&! Pérennisation&et&développement&de&l’activité&! (Très)&Petites&et&grandes&exploitations&=>&agriculture&familiale&
! 1000&fermes&disparaissent&par&an&! Possibilité&de&stopper&voire&d’inverser&
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Règlementa5on'! QUALITÉ&
! Compatible&avec&le&gaz&naturel&! Pas&de&risque&sanitaire&
! Adapter&la&règlementation&
! QUANTITÉ&! Influence&des&consommations&saisonnières&! Garantir&l’injection&en&période&estivale&
! Faire&évoluer&les&réseaux&à&long&terme&
! RELATIONS&COMMERCIALES&! Limite&entre&responsabilité&et&intervention&producteur&/&gestionnaire&de&réseau&
! Qui&paye&quoi&Visite&&&Networking&@&"Biopower&Tongeren"&&
Jérôme&BRETON&
Règlementa5on'! Existe&dans&de&nombreux&pays&voisins&
! S’en&inspirer&et&adapter&au&contexte&wallon&! Similaire&aux&voisins&pour&harmoniser&
! Harmoniser&=&standardiser&=&réduction&du&cout&! Filière&plus&performante&et&plus&concurrentielle&
! Doit&être&le&fruit&d’une&concertation&entre&les&acteurs&! Producteurs,&gestionnaires&de&réseaux,&administrations,&CWaPE,&Cabinets,&…&
! Déjà&le&cas&aujourd’hui&
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Sou5en'à'la'produc5on'! Mécanisme&simple,&clair,&stable&et&adapté&! Prix&minimal&et&quantités&garantis&
! Taux&d’incorporation,&tarif&standard,&…&
! Rentabilité&juste&et&attractive&! Inciter&les&producteurs&et&investisseurs&à&suivre&cette&voie&de&
valorisation&du&biogaz&efficiente&et&compétitive&
! Adaptation&du&soutien&à&la&taille&de&l’installation&! Dégressivité&du&tarif&de&soutien&en&fonction&de&la&taille&
! Tarif&favorisant&les&installations&de&taille&raisonnable&! Gigaiinstallations&:&peu&d’économies&d’échelle&auidelà&d’un&certain&
seuil&pour&une&incidence&négative&(transports,&nuisances,&CO2&…)&! Trop&petit&=&trop&coûteux&! Nécessité&de&valoriser&la&biomasse&où&elle&se&trouve&
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Législa5on'biogaz'agricole'! Statut'du'DECHET'! DIGESTAT&
! Digestat&issu&de&biomasse&agricole&
! NORMES&SECTORIELLES&! Rubrique&40.40.10.&nonidéchet&(biomasse&agricole)&
! BIOMASSE&VALORISABLE&! Chaque&biomasse&a&sa&place&dans&un&mix&global&
! Analyse&objective&des&différentes&biomasses&! Identifier&la&place&de&chaque&biomasse&
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Conclusion'! Le&biométhane&représente&un&gigantesque&potentiel&
! Environnemental&! Economique&! Social&! Agronomique&! Energétique&
! On&dispose&de&l’expérience&pratique&des&pays&voisins&! Mettre&sur&pied&le&dispositif&réglementaire&&
! Règlementation&et&soutien&à&la&production&! Biométhane&et&biométhanisation&en&général&
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Jérôme&BRETON&Biométhanisation&agricole&–&Injection&de&biométhane&Biométhane&du&Bois&d’Arnelle&Porteur&de&projet&GSM&:&0496&24&26&73&Courriel&:&[email protected]&&
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Green hydrogen: the missing link between the power, gas, mobility and industry sectors Power-to-Gas example
By Denis Thomas, Business Development Manager Power-to-Gas, Hydrogenics
Biopower Tongeren, September 25th, 2015
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2
Hydrogenics in Brief Zero-emission Hydrogen Technology Provider
Onsite Generation Electrolysers
H2O + electricity ! H2 + ½ O2
Industrial Hydrogen Hydrogen Fueling
Power Systems Fuel Cell Modules
H2 + ½ O2 ! H2O + electricity
Stand-by Power Mobility Power
Energy Storage
Power-to-Gas
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3
Hydrogenics in Brief International structure Hydrogenics Corporation " Headquarter " Mississauga, Ontario, Canada " Since 1948 " +/- 70 employees " Areas of expertise: Fuel cells, PEM electrolysis, Power-to-Gas " Previously: The Electrolyser Company, Stuart Energy
Hydrogenics Gmbh " Gladbeck, Germany " Since 2002 " +/- 15 employees " Areas of expertise: Fuel cells, mobility projects, Power-to-Gas
Hydrogenics Europe " Oevel, Belgium " Since 1987 " +/- 70 employees " Areas of expertise: pressurized alkaline electrolysis, hydrogen refueling stations, Power-to-Gas " Previously: Vandenborre Hydrogen Systems
" In total: +/- 155 employees " Incorporated in 1995 [NASDAQ: HYGS; TSX: HYG] " More than 2,000 products deployed in 100 countries worldwide " Total revenues (2014): 45.5 Mio $ " Over 70 years of electrolysis leadership
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4
Hydrogenics in Brief Leader in Electrolysis technologies (alkaline and PEM)
“We have strategically positioned ourselves with the highest quality products that combine innovation, customer-centric features with industrial design and robustness.”
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5
Green hydrogen usage in power, gas, transportation and industry sectors
GAS$GRID$
Electrolysis$ H2$storage$(op8onal)$
POWER$GRID$
Power-to-Hydrogen
Power-to-Power
Wind$turbine$
Solar$PV$
CHP$
Fuel$cells$
Methana8on$
Refuelling$sta8ons$
Refineries$
Chemical$plants$
Power-to-Gas
Hydrogen network Power network Gas network Liquid fuels network
SURPLUS OR LOW-COST ELECTRICITY
Blending
O2 H2O
CO2
H2
Heat
Speciality$chemicals$
Ammonia$
Power-to-Industry
Industry$
Hydrogen$$Vehicles$(FCEV)$
Power-to-Mobility
Gas$turbines$
Low$C02$fuels$
Methanol$
Power-to-Fuels
CNG$$
Hamburg Reitbrook, Germany (2015) 1 MW Power to Gas
OBJECTIVES • Development of 1 MW PEM Electrolysis Stack and System • Optimize operational concept (fluctuating power from wind vs. changing gas feed). • Gain experience in technology and cost. • Feed H2 into the natural gas pipeline SOLUTION • 1x 1 MW PEM Electrolyser with all peripherals in 40Ft. housings for 200 Nm³/h H2. • Power: 1 MW
• This 1 MW building block will be the foundation for multi MW P2G plants
Partners:)
Sponsors: ))))))))Coordinators:)
6 More info: www.windgas-hamburg.com
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7
Power-to-Gas via Biological Catalysis (P2G-BioCat) Fact and figures
More info: www.biocat-project.com
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Power-to-Gas via Biological Catalysis Project integration
More info: www.biocat-project.com
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Power-to-Biomethane Biogas hydrogen-assisted upgrading to biomethane
Source: SBC Energy Institute 1Biomass feedstock is a maize silage of 5kWhch/kg of dry matter, cultivated with a land yield of 0.63MWch per km²; 2the anaerobic digestion of maize silage requires heat and has a total efficiency of 68.7%. Heat is usually provided by burning some of the methane produced. Therefore, recycling heat from methanation increases the biomass-to-biogas efficiency of the unit; 3thermochemical methanation at 77.7% hydrogen-to-methane efficiency; 4Includes solid digestate and other energetic gases such as ammonia etc.
Mass flow chart of electrolysis assisted biomethane plant (illustrative order of magnitudes, if all heat from methanation could be recycled)
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Hydrogen refueling stations (HRS) more than 50 references… (350 and 700 bar)
Shell Santa Monica, USA
Aberdeen Hydrogen Bus Project Scotland, UK, 2015
CUTE Program Stockholm, Sweden, 2005
Sydkraft, Malmö, Sweden, 2003
Vattenfall Hamburg, Germany, 2012
CUTE Program Barcelona, Spain, 2005
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Company Pre-2015 2015-2016 2017-2018 2019-2021 BMW
Daimler
Honda
Hyundai Ix35 SUV
Nissan
Toyota Mirai
Symbio F-Cell (range extender)
Power-to-Mobility A range of hydrogen fuelled passenger cars are emerging
Huyndai ix35 SUV (2014) Toyota (2015) Symbio F-Cell (2015) (range extender on Renault Kangoo)
Daimler (2017-2018) Honda (2016-2017)
… BMW, Porsche, Audi, Nissan (2017-2020)
… and buses/trucks : Van
Hool, VDL, Mercedes-Benz
CO
MM
ERC
IALL
Y AV
AIL
AB
LE T
OD
AY
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12
H2 Mobility roadmap developed
Colruyt, Halle (Brussels, Belgium) 65 kg/day, 350 bar dispensing • Located at one of the warehouse of Colruyt, one of the biggest Belgian retail company • Hydrogen is used to fill fork lift trucks, additionally it can refuel other vehicles • The station has a 30 Nm³/h alkaline electrolyser, 50 kg storage and -20º chiller the customer’s SAEJ 2601 refueling sequence.
• Funded by InterReg project (Waterstofregio Vlaanderen Zuid-Nederland)
• DON QUICHOTE - Extension - FCH JU (2015) - www.don-quichote.eu • + 30 Nm³/h PEM electrolyser • Electrochemical compressor HYET • + 100 kW Fuel Cell • Smart grid operation
13
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" Duration: 14 months (01/10/2014 - 30/11/2015)
" Funding: Flemish Region
" Project partners:
" Objectives: Analysis of actual and future status of Power-to-Gas (PtG) in Flanders and abroad (technology, economics, legal framework, market opportunities, PtG business cases calculation and identification of early markets, elaboration of a roadmap to prioritize the actions for Power-to-Gas in Flanders
Project « Power-to-Gas Roadmap for Flanders »
www.power-to-gas.be
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15
Some hydrogen (H2) basic maths " H2 is the most light element in universe
" 1 kg H2 11,1 Nm³ H2
" The production of 1 kg H2 via water electrolysis requires • +/- 10 l demin water (+/- 20 l of tap water) • +/- 57 kWh electricity
" 1 kg H2 allows you to drive +/- 100 km with FCEV
" The energy content of 1 Nm³ H2 (0,0899 kg) is equivalent to 0.34 l gasoline
" The energy content of 1 kg H2 (11,1 Nm³) is equivalent to 3,77 l gasoline
" Electrical power = Hydrogen flow / AC power consumption (all in) • Example (HyStat-60-10): 60 Nm³/h * 5.2 kWh/Nm³ = 312 kWe
39,4 kWh (HHV) 33,3 kWh (LHV)
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Hydrogen provides the means to significantly increase the use of renewable energy across the entire energy demand spectrum
36% 35%
19%
10%
Data source: European Environment Agency, Final energy consumption by sector and fuel (CSI 027/ENER 016) Assessment published Jan 2015
Green hydrogen
0% 5%
10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%
Transport fuel Gas Electricity Others
Final energy consumption by fuel (EU-27, 2012)
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Key conclusions " Fuel Cells and water electrolysis are mature and proven
technologies. Technology and market developments are very promising (efficiency, costs, flexibility, MW scale), especially for large scale applications
" Hydrogen Energy offers many synergies with other sectors (power, gas, mobility, chemistry, water) and with CO2
" There is a need for an appropriate regulation at EU and national levels and a need for demonstration projects (at large scale)
" Major global companies have made strategic moves towards hydrogen technologies (Toyota, Hyundai, EON, Alstom…)
" The energy sector is undergoing a major transformation… green hydrogen is part of it !
" We are ready !
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Denis THOMAS
Business Development Manager Power-to-Gas Mobile: +32 479 909 129
Email: [email protected]
Thank you for your attention !
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CHEMISTRY & REFINERIES: C, H, O, Amonia
48%
Global Hydrogen Market
Steam Methane reforming
Float glass Metallurgy Semi-conductors
Electrical power plants Food industry
INDUSTRY : protecting atmosphere (H2/N2), hardening of metals
OTHERS: cooling agent, hardening of oil, power generation, mobility
Production Storage / Transport / Distribution End-use (global market in 2010: +/- 43 Mtons)
FCEV
Steam Methane Reforming
1%
50%
6%
93%
18%
3%
1%
43%
30%
Crude oil cracking
Coal gasification
H2 by-product
Water electrolysis
Main source: The Hydrogen Economy, M. Ball, 2009
NB: 5 % is merchant hydrogen (free market), onsite production represents 95%
energy&
Visite&de&Biopower&Tongeren&&&&Networking&event&
!1. NPG!energy!:!qui!sommes3nous?!2. Bio3méthanisa;on:!Principe!3. Présenta;on!de!Biopower!Tongeren!!
Le!25!Septembre!2015!
“&NPG&energy&est&une&entreprise&qui&développe,&inves=t&et&gère&des&projets&de&produc=on&d’énergie&verte”&
!!
2&
NPG&energy&Presenta.on&1&
3&
NPG&energy&Presenta.on&1&NPG&energy,&&• Objec.f&est&de&produire&de&manière&durable&de&l’énergie&–&électricité&
ou&gaz&–&aux&départ&de&sources&d’énergie&primaire&renouvelables&;&• Recherche&d’un&mix&énergé.que&complémentaire:&projets&et&
installa.ons&photovoltaïques,&éolien&et&bioKméthanisa.on;&• Fondée&en&2008&par&André&Jurres&et&Jacques&Adam;&• En&2012,Enovos&Luxembourg&(opérateur&énergé.que&du&Grand&Duché&
de&Luxembourg,&détenu&à&40%&par&l’état&Luxembourgeois)&entre&dans&le&capital;&
• La&flexibilité&d’une&PME&avec&la&solidité&financière&et&vison&à&long&terme&d’une&entreprise&énergé.que;&
• La&puissance&totale&installée&est&de&31&MW;&• Produc.on&=&consomma.on&résiden.elle&de&la&Ville&de&Namur;&• Inves.ssements&s’élèvent&à&75&Mio&EUR;&• Bureaux&à&Riemst&et&à&Visé;&• 40&emplois&directs&et&de&nombreux&emplois&indirects&(WAL&–FL)&
4&
NPG&energy&Presenta.on&1&André Jurres (BE)
Jacques Adam (BE) Roger van Gestel (PB)
43,67%!
100%!Société!coopéra;ve!!
Inves;ssement!et!par;cipa;on!
50,98%!
NPG Willebroek
sa
Windfarm Sankt-Vith
sa
NPG Bocholt
sa
NPG Green
NPG Green II
100!%!
100%! 75,1%!52%!
SOLAIRE&(9,2&MW)& BIOGAZ&(11,2MW)&EOLIEN&(10&MW)&
NPG BIO II
sprl (Anvers)
50%!
100%! NPG BIO I
SA (Peer)
85%!
100%!
Biopower
Tongeren sa
5,35%!
NPG Agro
100%!
NPG&energy&Presenta.on&
5&
1&SOLAIRE!9,5&MW&
Projets&actuels& • 15&installa.ons&localisées&sur&des&toits&
d’entreprise,&en&Flandre;&• Acteur&moyen&(15ième&&posi.on);&
NPG&energy&Presenta.on&
6&
1&EOLIEN!10&MW&
Windfarm&SANKT&VIth& Projets&actuels& • 1&installa.on&en&Wallonie&(Windfarm&
Sankt&Vith)&en&collabora.on&avec&la&ville&et&BMR&un&développeur&germanophone&
Développement&NPG&
• 4&Projets&en&développement&en&BEL;&• Acquisi.on&de&permis;&• Focus&vers&les&PaysKBas;&• Pas&&ac.f&dans&l’OffKshore;&
BIO7METHANISATION!11,2&MW&4&installa.ons&à&Tongres,&Port&d’Anvers,&Bocholt&et&Peer&
NPG&energy&Presenta.on&
7&
1&
BioKméthanisa.on&:&principe&2&
9&
BiométhanisaDon&
Digestats!Séché!Solide!
Engrais&
Agriculteurs:!terres!+!intrants!
Livraison&
Autoconsomma.on&Electricité&+&Chaleur&
Chaleur&
CYCLE!FERMÉ!
Point!posiDfs!de!la!bio7méthanisaDon!• Cycle&fermé&=>&Durable;&• Rentabilité&en&terme&d’u.lisa.on&énergé.que&de&la&
ma.ère;&• Stockage&par&le&biogaz&(disponibilité&et&flexibilité)&
Biopower&Tongeren&en&quelques&chiffres&
• MaDère!première!pour!digesteurs!:!!
– +/K&40.000&tonnes&par&an;&– Ma.ère&végétale;&– Actuellement&80%&de&cultures&dédiés;&– Maïs&et&du&seigle&(double&moisson);&– Etroite&collabora.on&avec&les&agriculteurs;&– Par.cipe&dans&la&rota.ons&des&cultures;&– &Maïs&=>&rendement&important&par&hectare,&culture&facile,&produc.on&
locale,&bonne&conserva.on&et&assure&la&stabilité&au&processus&de&bioKméthanisa.on;&
– Diversifica.on&des&entrants:&herbes,&boues&de&sta.on&d’épura.on,&déchets&de&l’alimenta.on&humaine&ou&animale&(surplus&ou&produits&avariés);&
– Les&autres&installa.ons&de&bioKméthanisa.on&de&NPG&sont&basée&sur&d’autres&entrants&(lisiers,&déchets….)&
3&
12&
Biopower&Tongeren&en&quelques&chiffres&
• ProducDon!éléctrique!
– Puissance&électrique&de&2,8&MW;&– Taux&de&charge&de&plus&de&8000&h;&– Produc.on&de&biogaz&:&+/K&10.014.000&m³&/&an;&– Produc.on&d’électricité&:&+/K&23.210.000&KWh&/&an;&– Equivalent&de&&5.600&ménages&(Tongres);&– Produc.on&d’énergie&thermique&:&+/K&27.200.000&KWhth&/&an&– Chaleur&u.lisée&principalement&dans&des&sécheurs&afin&de&produire&du&
digestat&séché&– CO2&évité&:&+/K&20.390&t&/an&– Rentabilité&totale&de&94%&
3&
12&
Biopower&Tongeren&en&quelques&chiffres&
• Les!résidus!de!la!bio7méthanisaDon!=!Engrais!
– Digestat&liquide&(11%&MS);&6.000&t/an&– Digestat&pressé&(30%&MS);&3.000&t/an&– Digestat&sec&(90%&MS);&&3.000&t/an&.&
Produit&qui&est&valorisé&comme&engrais&ou&servant&de&base&aux&engrais&plus&complexes&ou&spécifiques&
– Sont&u.lisés&localement&(malheureusement&pas&en&Wallonie)&&et&sont&une&alterna.ve&de&premier&choix&en&remplacement&des&lisiers&et&engrais&pour&les&cultures;&
3&
12&