L’azote le moins coûteux à éliminer, c’est celui qu’on n’aspire jamais
Les projets de valorisation du gaz d’enfouissement en GNR consacrent souvent des dizaines de millions de dollars à l’élimination de l’azote. Une grande partie de ces coûts est liée à un problème qui prend naissance dans le champ de puits, plutôt que dans les déchets eux-mêmes. Selon l’Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis, le gaz d’enfouissement brut contient généralement environ 50 % de méthane et 50 % de dioxyde de carbone. Chaque molécule d’azote détectée à l’entrée d’un puits provient de l’air atmosphérique, d’abord emprisonnée avec les déchets, puis aspirée par le vide créé par les soufflantes du réseau de captage. Une mesure de 9 % d’azote sur le terrain indique qu’environ 11 % du volume total est constitué d’air ambiant, qu’il faut ensuite sécher, comprimer et séparer lors de la purification en aval. L’oxygène introduit avec cet air est consommé par des bactéries aérobies à proximité du point d’infiltration, ce qui génère du CO₂ supplémentaire.
L’air pénètre par les défauts du recouvrement, les joints défectueux des têtes de puits, les puits noyés par le lixiviat, une extraction excessive et les couches granulaires enfouies, comme les chemins d’accès en gravier. La gestion des infiltrations d’air ne consiste pas seulement à régler le champ de puits : réduire le vide appliqué peut limiter l’entrée d’air, mais aussi diminuer la récupération du gaz. Le captage du méthane diminue alors, car le vide qui aspire l’air entraîne également le méthane. Réparer les joints et le recouvrement, dénoyer les puits et étanchéifier les vannes d’arrêt, tout en effectuant des réglages réguliers ou automatisés, permet de traiter les fuites à la source, d’améliorer le captage du méthane et d’accroître les revenus générés par le site d’enfouissement. Empêcher l’air d’entrer dans le système de captage et de contrôle des gaz (GCCS) peut coûter de 2 à 5 fois moins cher que de l’éliminer en aval, selon le coût des améliorations apportées au GCCS.
Six voies d’infiltration d’air courantes qui augmentent la teneur en azote et les coûts de valorisation
Ivys collabore avec l’exploitant de votre GCCS pour comparer les mesures de réduction des infiltrations d’air au dimensionnement de l’unité de rejet de l’azote (URA, en anglais NRU) avant la spécification de l’équipement. Vous évitez ainsi de payer, pendant vingt ans, le rejet d’azote pour compenser un problème qui aurait pu être corrigé en surface.
Une fois que l’azote se trouve dans le gaz entrant dans l’installation de valorisation, il est difficile à éliminer : la séparation entraîne inévitablement une certaine perte de méthane, ce qui réduit les revenus du projet. Le système d’adsorption modulée en pression (AMP) à vanne rotative et à cycle rapide d’Ivys sépare le CO₂, l’O₂ et le N₂ en une ou plusieurs étapes, selon la teneur en azote propre au site. Toutefois, une teneur en azote plus élevée accroît les coûts et réduit la faisabilité du projet, notamment sur les petits sites d’enfouissement. Une analyse sectorielle de SCS, intitulée « Revisiting the Incremental Cost of Nitrogen Removal for Landfill Gas-to-RNG Projects », portant sur une installation de 4 000 SCFM (environ 6 400 Nm³/h), a montré que l’ajout de l’élimination de l’azote faisait passer les dépenses de construction de 19 à 30 M$ US, soit environ 37 % du coût total du système. La consommation d’énergie sur la durée de vie de l’installation a également augmenté d’environ 20 %, tandis que la récupération du méthane a diminué de 2 points de pourcentage en raison de l’étape supplémentaire d’élimination de l’azote.
Bien que l’azote doive être éliminé, les exploitants qui souhaitent réduire le coût total de possession de leur installation de valorisation sur l’ensemble de sa durée de vie devraient évaluer à la fois les dépenses d’investissement et les améliorations opérationnelles permettant de limiter les infiltrations d’air. Il faut repérer les voies d’entrée d’air, colmater les fuites et surveiller la teneur en azote pendant plusieurs mois afin de dimensionner adéquatement l’équipement en fonction de la valeur la plus faible obtenue après les mesures correctives. Pour les petits projets de gaz d’enfouissement, éliminer les voies d’infiltration d’air améliore à la fois la rentabilité et la faisabilité, ce qui les rend plus attrayants.
Une erreur fréquente et coûteuse consiste à choisir un équipement qui engage l’exploitant, pendant vingt ans, à supporter des dépenses d’investissement, une consommation d’énergie accrue et une récupération du méthane réduite, alors que des réparations de surface plus simples et moins coûteuses pourraient constituer des solutions plus abordables.
Les ingénieurs d’Ivys collaborent avec l’exploitant de votre GCCS afin de comparer les mesures de réduction des infiltrations d’air et celles d’élimination de l’azote lors de la valorisation, avant de dimensionner et de spécifier l’équipement. Ils dimensionnent celui-ci en fonction de la teneur en azote prévue sur toute la durée de vie d’un champ de puits bien géré, et non de sa teneur actuelle. Lors du choix de l’équipement de valorisation, l’objectif devrait être de maximiser les profits plutôt que de minimiser la taille de l’URA. Un gaz d’enfouissement dont les entrées d’air sont réduites au minimum permet de diminuer nettement les coûts de valorisation.
