"Power-to-Gas" - la première installation industrielle sera bientôt en service

Vue sur le bâtiment Power-to-Gas (au centre de l'image). Romeo Basler / Photo Basler Aarau

Ce qui est réalisé depuis un an dans le quartier industriel de la commune de Dietikon, dans la vallée de la Limmat, fait partie des projets phares de la Suisse. L'installation Power-to-Gas, qui sera bientôt prête à démarrer, sera la plus grande de ce type dans le pays et produira un gaz renouvelable neutre en CO2.

Comment fonctionne la technologie ?

Ce qui est nécessaire comme courant d'entrée pour l'installation Power-to-Gas de Dietikon se trouve à proximité immédiate (voir graphique ci-dessous). Avec l'électricité produite par l'usine d'incinération des ordures ménagères (UIOM), les exploitants séparent l'eau (H2O) en oxygène (O2) et en hydrogène (H2) par électrolyse. Avec le gaz d'épuration des eaux usées (STEP), l'hydrogène arrive dans le nouveau bioréacteur. Des millions et des millions de microorganismes assidus, appelés archées, y sont actifs. Ils produisent du méthane synthétique (CH4) à partir de l'hydrogène et du CO2 contenu dans le gaz d'épuration. D'un point de vue chimique, il a les mêmes propriétés que le gaz naturel. Celui qui l'utilise pour cuisiner, se chauffer ou faire fonctionner des véhicules produit du dioxyde de carbone lors du processus de combustion. Le gaz est neutre en CO2 parce que, contrairement au gaz naturel fossile, il fait partie du cycle naturel des matières : il n'a été lié que pendant une courte période dans les aliments végétaux et a finalement traversé le système digestif humain pour se retrouver dans le traitement des eaux usées et le gaz d'épuration.

Le schéma illustre le fonctionnement de la technologie Power-to-Gas. © Limeco

Trois étapes pour la production de gaz

Trois étapes essentielles sont nécessaires pour que l'électricité produite par l'UIOM produise du gaz écologique via l'installation power-to-méthane :

• Electrolyse pour la production d'hydrogène avec la part renouvelable de l'électricité produite par l'UIOM
• Méthanisation biologique pour la production de méthane synthétique à partir du CO2 contenu dans le gaz d'épuration et de l'hydrogène
• Purification du gaz pour garantir la qualité d'alimentation requise

Deux unités d'électrolyse d'une puissance de 1,25 mégawatt (MW) chacune sont utilisées à Dietikon pour produire l'hydrogène. Selon Limeco, il s'agira à l'avenir de la plus grande installation Power-to-Gas de Suisse. L'usine régionale de la vallée de la Limmat entend ainsi produire 18 gigawattheures de gaz renouvelable par an. "En remplaçant le gaz naturel fossile, nous pouvons économiser jusqu'à 5000 tonnes d'émissions de CO2 par an", explique Thomas Di Lorenzo de Limeco. On remplace ainsi les émissions annuelles de CO2 d'environ 2000 ménages.

Financement par certificats

Le modèle de financement de ce projet est également particulier. Selon Di Lorenzo, l'installation d'un coût de 14 millions de francs est financée par huit fournisseurs d'énergie suisses d'Aarau, de la région de la Linth, de Berne, de Saint-Gall, de Dietikon, de Schlieren, de Lenzbourg et d'Interlaken. Par le biais de certificats, les fournisseurs d'énergie vendraient à leurs clients finaux les avantages écologiques du gaz produit de manière écologique. Di Lorenzo ajoute : "Comme l'électricité provient directement de l'UIOM, les exploitants n'ont pas à payer de frais d'utilisation du réseau. Cela réduit de moitié les coûts de transformation de l'électricité en hydrogène (électrolyse). C'est un facteur important pour l'exploitation industrielle d'une telle installation, a déclaré Di Lorenzo lors du premier congrès Power-to-Gas qui se tiendra en septembre 2021 à l'Umwelt-Arena de Spreitenbach.

Fournir de l'énergie de réglage pour stabiliser le réseau

Avec ce projet, Limeco veut démontrer qu'il est technologiquement et économiquement possible d'exploiter une installation Power-to-Gas. Il s'agit d'une technologie centrale qui permet de flexibiliser l'injection d'électricité par une UIOM : Les exploitants d'UIOM peuvent ainsi injecter l'électricité directement dans le réseau lorsqu'elle est nécessaire. En revanche, si d'autres centrales électriques produisent suffisamment ou même trop d'électricité - par exemple des installations solaires en été - l'électricité produite par l'UIOM doit être transformée en gaz vert et stockable grâce à la technologie Power-to-Gas. Grâce à une exploitation flexible de l'installation power-to-gas, Limeco peut en outre mettre à disposition de l'énergie de réglage stabilisant le réseau - une prestation utile au système qui est indemnisée financièrement.

Potentiel pour les stations d'épuration et les UIOM

Si le concept Power-to-Gas fait ses preuves à Dietikon, il recèle un grand potentiel : rien qu'avec des installations Power-to-Gas auprès des 100 plus grandes stations d'épuration de Suisse, les besoins en énergie de plus de 250'000 personnes, soit plusieurs villes suisses de taille moyenne, pourraient être couverts. Les UIOM pourraient également être équipées de telles installations et contribuer ainsi de manière importante à compenser les fluctuations saisonnières de la production d'électricité : selon Limeco, les entreprises d'approvisionnement en énergie peuvent stocker de l'électricité sous forme de gaz pendant les mois d'été grâce aux installations power-to-gas. En hiver, lorsque la demande est forte, cette énergie serait injectée dans le réseau sous forme d'électricité et dans le réseau de chauffage urbain sous forme de chaleur grâce au couplage chaleur-force.

Pour plus d'informations sur l'installation Power-to-Gas de Dietikon : www.powertogas.ch

Transformer le surplus d'électricité en gaz

Plus le photovoltaïque est développé, plus la production d'électricité est élevée en été. Or, pendant cette période, l'économie et la société n'ont besoin que d'une partie de cette énergie. Une analyse de l'Empa sur le potentiel de la technologie power-to-gas - c'est-à-dire la transformation de l'électricité renouvelable en vecteurs énergétiques chimiques tels que l'hydrogène ou le méthane - estime à environ dix térawattheures (TWh) le surplus d'électricité renouvelable au cours des prochaines décennies. En supposant qu'environ la moitié des surfaces de toitures appropriées en Suisse soient équipées de photovoltaïque. A partir de ce surplus d'électricité, il serait possible de produire environ cinq TWh de gaz synthétique via le power-to-gas.

De cette manière, le surplus d'électricité verte contribuerait à la stabilité et à l'efficacité du système dans son ensemble. La transformation de l'électricité renouvelable en sources d'énergie pouvant être stockées de manière saisonnière est un pilier important d'un système énergétique décarbonisé, explique Martin Rüdisüli, chercheur à l'Empa.

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