Intégration du biogaz à trois générations pour les serres commerciales de la région de la Volga

Identification des points douloureux

Le District fédéral de la Volga, qui englobe des régions comme le Tatarstan, est une plaque tournante majeure pour l'agriculture commerciale avancée à grande échelle, en particulier pour les complexes de serres fermés. La viabilité économique de ces opérations est perpétuellement menacée par le coût élevé du chauffage hivernal et de l'électricité nécessaire à l'éclairage artificiel. De plus, pour maximiser les rendements des cultures, ces environnements fermés nécessitent un supplément continu de dioxyde de carbone (CO2) pour la photosynthèse. Le recours à des approvisionnements externes en gaz naturel pour le chauffage et l’achat de CO2 industriel en bouteille génère des dépenses opérationnelles élevées et volatiles.

Intégration de scénarios

Une vaste serre commerciale de tomates et de concombres dans la République du Tatarstan nécessite une charge électrique de base stable pour ses réseaux d'éclairage LED supplémentaires, de grandes quantités d'énergie thermique pour le chauffage hydronique pendant l'hiver prolongé et un approvisionnement constant en CO2 propre. L'installation génère des déchets organiques provenant de parures de plantes et de produits non commercialisables, qui nécessitaient auparavant un enlèvement payant.

Effet de résolution

L'intégration d'un digesteur anaérobie couplé à une unité avancée de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) et à un système de purification des gaz d'échappement offre une solution complète de trigénération (électricité, chaleur, CO2). Le biogaz généré à partir des déchets agricoles est utilisé comme principale source de carburant pour les moteurs à combustion interne de cogénération.

Pour garantir la fiabilité et la longévité du moteur de cogénération, le biogaz brut doit subir un conditionnement strict. Une unité de désulfuration utilisant une éponge de fer (Fe2O3) est déployée, réduisant chimiquement la concentration de H2S jusqu'à des paramètres stricts de <50 ppm. Après la combustion, le moteur CHP fonctionne avec des paramètres thermodynamiques spécifiques, offrant un rendement électrique d'environ 40 % et un rendement thermique de 45 %. L'énergie thermique est captée via des échangeurs de chaleur à plaques et acheminée vers le réseau de canalisations hydroniques de la serre.

Il est crucial pour cette application agricole que les gaz d’échappement du moteur de cogénération ne soient pas rejetés dans l’atmosphère. Il est acheminé via un système de convertisseur catalytique spécialisé équipé de la technologie Urée-SCR (Selective Catalytic Reduction). Ce système utilise un catalyseur à base de vanadium, réduisant les émissions d'oxyde d'azote (NOx) en dessous de 250 mg/Nm³ et réduisant le monoxyde de carbone (CO) à des niveaux négligeables. Le flux d’échappement résultant, maintenant purifié en un gaz CO2 à haute concentration, est acheminé en toute sécurité directement dans le couvert de la serre. En adhérant à ces paramètres stricts de purification des gaz et de récupération thermique, les exploitants de serres de la région de la Volga peuvent créer un écosystème énergétique en boucle fermée, stabilisant ainsi leurs coûts opérationnels grâce à la génération de ressources internes.