L’innovation

Un enjeu collectif

Préserver l’environnement en réduisant les émissions de gaz à effet de serre

Malgré les engagements climatiques de la communauté internationale, l’évolution des émissions de gaz à effet de serre est plus qu’alarmante : de 2016 à 2017, ces rejets gazeux dans l’atmosphère – dont le CO² est l’un des principaux gaz facteurs de réchauffement – ont dépassé de nouveau les seuils prévisionnels, avec en France, une hausse du bilan carbone national de +6,7%.

Capturer le CO²

Une nécessité contre le réchauffement climatique. Les scientifiques du GIEC de même que l’association française Negawatt sont unanimes sur la nécessité vitale de réduire les émissions de gaz à effet de serre afin d’espérer limiter l’augmentation du réchauffement climatique à +1,5% entre 2030 et 2050. Les moyens requis : le développement des EnR, l’abandon des énergies fossiles, la fin du nucléaire, la baisse des consommations d’énergie, la rénovation thermique du parc bâti… Mais aussi le recours massif aux technologies de stockage du CO² : évitement de carbone. Le 3e scénario de SOLARZAC répondrait à ces attentes en associant la captation et la valorisation du CO² atmosphérique.

Face à l’urgence climatique, la nécessité d’un nouveau modèle national Pour lutter contre le réchauffement climatique, préparer “l’après-pétrole” et garantir le droit à l’accès de tous à l’énergie sans coût excessif, l’État français dispose d’une loi environnementale spécifique votée en 2015 : la loi de transition énergétique pour la croissance verte (LTEC). Visant l’instauration d’un nouveau modèle énergétique à l’échelle des territoires, la LTEC fixe notamment ces trois objectifs :

d’émissions de GES dès 2030 dans l’optique d’un taux d’émissions de GES en 2050 4 fois moindre qu’en 1990

de consommation fossile dès 2030 révisée à 35% d’ici 2028 dans les nouveaux objectifs de la PPE 2019-2028

d’EnR dès 2020 (+32% en 2030) ce qui permettrait de limiter à 50% la part du nucléaire dans la production d’électricité nationale d’ici 20 ans

L'électricité photovoltaïque

L’électricité photovoltaïque

La plus compétitive des EnR bas carbone

Longtemps considérée onéreuse et peu rentable, l’énergie solaire est aujourd’hui en tête des EnR pour la production d’énergies

Une énergie résolument positive

Après plusieurs décennie de progrès industriels, le prix moyen de rachat de l’électricité solaire (correspondant au seuil de rentabilité des centrales) est aujourd’hui de 62,50 € le MGW/h*.

Par une politique forte de l’État, qui multiplient les appels à projet pour des parcs énergétiques de grande taille, les parc photovoltaïques se développent aujourd’hui à l’échelle nationale à un prix de revient compétitif, voire inférieur, aux autres sources de production d’électricité traditionnelles ou renouvelables :

  • 20% moins cher que l’éolien dont le coût plafonne en moyenne à 80 € le MGW/h .
  • 2x moins cher que les nouvelles installations nucléaires qui présentent un prix d’environ 100 à 110 €/MWh pendant 35 ans.
  • Autres atouts la durée de vie des installations tend à s’étendre (de 20 à 25, voire 30 ans) et les modules photovoltaïques se recyclent : en fin de vie, ils font partie des déchets d’équipements électriques et électroniques collectés par la filière de l’éco-organisme PV Cycle France, conformément à la directive D3E.

Des installations modulables et réversibles

Constitué de modules montés sur des structures de supports fixes raccordés à des onduleurs et transformateurs électriques en terrain clôturé, un parc photovoltaïque peut se réaliser sans artificialisation massive des sols et avec de faibles emprises, tant en termes d’impact au sol que d’impact visuel. C’est le cas avec SOLARZAC, où dans ses trois scénarios, les portants des modules photovoltaïques seraient fixés au sol par des pieux métalliques enterrés de 1 à 1,5 m de profondeur. Légers et démontables pour une installation réversible à terme, ces équipements permettent aussi, s’ils sont répartis judicieusement en îlots, de limiter leur emprise visuelle sur les paysages alentours.

La conversion de la lumière en électricité :

un phénomène découvert dès 1839

Découvert par Becquerel en 1839, l’effet photovoltaïque repose sur la particularité de certains matériaux semi-conducteurs comme le silicium qui possèdent la propriété de générer de l’électricité quand ils reçoivent la lumière du soleil. C’est sur ce principe que fonctionnent les cellules photovoltaïques. Les photons de la lumière solaire transfèrent leur énergie aux électrons du matériau semi-conducteur et le mouvement de ces électrons crée un courant électrique collecté par une grille métallique très fine. Sans bruit et sans libération de polluants, les cellules convertissent ainsi directement l’énergie solaire en électricité sous forme de courant continu.

La conversion d'électricité en gaz

La conversion d’électricité en gaz

Une technologie nouvelle permet de s’affranchir des problèmes d’intermittence de production et de stockage d’énergies renouvelables ; le « Power-to-Gas », où l’on transforme l’électricité en gaz.

Parce que la production d’électricité photovoltaïque varie selon l’intensité de l’ensoleillement journalier (tout comme la production d’électricité d’origine éolienne varie selon la force et la régularité des vents), mais aussi parce que des pics de surproduction électrique peuvent survenir à des moments de faibles consommations… réussir à stocker l’énergie est la question clé des EnR.

Power-to-Gas : la plus efficiente des solutions de stockage d’EnR

Parmi les solutions actuelles en réponse au besoin crucial du stockage des EnR (batteries, volants d’inertie, centrales de pompage-turbinage), l’ADEME recommande la conversion d’électricité en gaz comme modèle d’efficience pour la transition énergétique. Appelée aussi “Power-to-Gas”, cette technologie permet en effet de produire du gaz à partir de l’électricité. Utilisable directement en tant que gaz naturel, la valorisation énergétique stockable est compatible avec les réseaux gaziers. La conversion d’électricité en gaz est donc une solution intéressante apportée à la croissance des installations des énergies renouvelables.

Non stocké, le gaz est directement injecté sur le réseau GRDF

Pour répondre au problème de l’intermittence et le stockage des EnR, Arkolia Énergies propose de développer la technologie Power-to-Gas pour le projet SOLARZAC (scénario 3). Elle permettrait en effet de produire du gaz vert à partir de l’électricité solaire générée par le parc photovoltaïque. Cette valorisation énergétique serait utilisable directement en tant que gaz naturel ou encore transformable à nouveau en électricité si nécessaire. Le biogaz produit pourrait ensuite être directement injecté sur le réseau GRDF.

La conversion de l’électricité en gaz

Par un simple courant électrique continu, l’électrolyse permet de décomposer l’eau en oxygène et hydrogène gazeux. Cet hydrogène peut alors être mélangé à du CO2 et on obtient du méthane, injectable dans le réseau de gaz existant.

la biométhanation

La biométhanation

Le procédé biologique de méthanation, développé dans le scénario 3, permet de convertir l’électricité produite par le parc photovoltaïque en gaz vert. La bio-méthanation est un procédé biologique qui produit du méthane en combinant l’hydrogène et du dioxyde de carbone. La particularité de cette technologie se situe dans la façon de mettre en œuvre la méthanation. Dans le projet SOLARZAC, des bactéries biologiques réaliseraient la transformation dans une unité de bio-méthanation. L’intérêt principal de cette technologie est qu’elle s’adapte à l’intermittence de la production de l’électricité photovoltaïque.

Dans le circuit de méthanation biologique

Contrairement à la méthanation catalytique qui produit un gaz de synthèse, la technologie de méthanation biologique repose sur l’utilisation de bactéries permettant de créer un gaz naturel : le méthane.

Un bio-processus peu énergivore

L’intérêt écologique de cette solution est d’offrir des conditions de température et de pression peu énergivores, avec un caractère exothermique permettant une valorisation en chaleur intéressante. L’eau produite par l’unité de bio-méthanation est réutilisée dans le cycle global du Power-to-Gas. C’est également un atout éco-vertueux indéniable.

Un bio-processus flexible et adapté aux énergies renouvelables

Fonctionnant grâce à des bactéries biologiques, le procédé de méthanation d’Arkolia Énergies s’adapte à la production d’électricité photovoltaïque. Lorsqu’il n’y a pas de pro- duction électrique, la nuit par exemple, les bactéries se mettent en sommeil et reprennent leur activité lorsqu’elles sont à nouveau alimentées en gaz. C’est la seule méthanation qui aujourd’hui, permet de fonctionner avec les énergies renouvelables intermittentes.

Un bio-processus robuste

Issu d’une équation découverte au XXe siècle et fonctionnant grâce à des archéo-bactéries, existantes à l’état naturel depuis des millions d’années, le procédé de méthanation biolo- gique est robuste.

Un bio-processus moins coûteux

Sans utiliser de matériaux rares, coûteux et se dégradant avec le temps, la méthanation biologique offre une technologie peu chère comparée à la méthanation catalytique, sans évoquer l’aspect énergétique présenté ci-dessus.

Un bio-processus sans norme SEVESO

Pas de stockage de gaz, celui-ci est directe- ment injecté dans le réseau pour être utilisé par le consommateur, donc il n’y a pas de risque sur site et pas de norme SEVESO applicable à l’installation.

Ressource en eau : une utilisation raisonnée et autosuffisante, issue du collecteur de CO2, de la méthanation biologique et du ruissellement d’eau de pluie

Afin de limiter au strict minimum la mobilisation de la ressource nécessaire au processus biologique de conversion d’électricité solaire en gaz naturel, le scénario 3 prévoit la répartition suivante, pour les besoins en eau de l’électrolyseur :

  • 30 à 50% proviendraient de l’eau naturellement créée lors de la collecte du CO2 et du processus de méthanation biologique.
  • Le complément serait prélevé dans les bassins de collecte des eaux de pluie existants sur le domaine.

Ces proportions sont valables quelle que soit la dimension du projet, seul le volume en eau varie selon la puissance énergétique à couvrir.