Digestats de méthanisation ˸ caractérisation et nouvelles voies de valorisation

Anaerobic digestate˸ characterization and new valorization routes

• Auteur / Autrice : Felipe Guilayn
• Direction : Dominique Patureau, Julie Jimenez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 07/06/2019
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (Narbonne)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Ruiz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Patureau, Julie Jimenez, Thierry Ruiz, Anne Jamois-Tremier, Sabine Houot, Céline Vaneeckhaute, Maxime Rouez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Jamois-Tremier, Sabine Houot

Mots clés

Mots clés libres

Méthanisation

Digestion anaérobie

Substance humique

Agriculture

Bioraffinerie environnementale

Anaerobic digestion

Biogas effluent

Humic substance

Agriculture

Environmental biorefinery

Résumé

Les post-traitements des digestats de méthanisation peuvent être inévitables, en particulier pour les exploitants d'installations non agricoles. Les options existantes pour la valorisation des digestats non-agricoles (NAD) sont limitées, souvent coûteuses et créent peu de valeur. L'objectif de cette thèse a été d'améliorer la valorisation des NAD via (i) une meilleure description et compréhension de la variabilité de la qualité des digestats et (ii) l'exploration de nouvelles voies de valorisation.Une typologie de la valeur fertilisante des digestats a été établie. Six types ont été différenciés en lien avec les intrants de méthanisation et le procédé (voie humide ou sèche). Les paramètres qui décrivent le mieux ces types sont la matière sèche du digestat, la teneur en azote et le rapport C/N. Ensuite, une méta-analyse a permis de mieux prédire la séparation de phase des digestats, une étape essentielle des configurations existantes. Ces deux études contribuent à mieux expliciter la variabilité de la qualité des digestats tant pour les scientifiques, les concepteurs et les opérateurs de méthaniseurs.Le «fractionnement» du digestat a été la principale approche expérimentale des voies innovantes explorées. La preuve de concept d'un procédé capable simultanément de stripper de l'azote et d'extraire des substances humique-like a été démontrée. Ces extraits ont été caractérisés et évalués en tant qu'amendements, biostimulants et biosurfactants. Enfin, l'approche de «conservation » a consisté en un séchage thermique direct du digestat brut, mais en privilégiant la fixation de l'azote. À cette fin, un acide et un adsorbant, comme améliorateurs de procédé, ont été appliqués avant le séchage. Seule l'acidification a permis de conserver l'azote et des limites expérimentales ont été discutées.L'exploration de nouvelles voies de valorisation des NAD a été fructueuse: des nouveaux concepts ont été testés et des perspectives positives proposées pour ouvrir des nouveaux marchés à partir de digestats. La valorisation efficace du digestat reste un défi, mais la thèse ouvre de nouvelles possibilités concrètes ainsi que de nouvelles questions scientifiques et techniques à explorer.

Anaerobic digestate (AD) post-treatments can be unavoidable, especially for operators of non-agricultural AD facilities. Current options for the valorization of non-agricultural digestates (NAD) are limited, often costly and with low value creation. The objective of this thesis was to enhance NAD valorization routes through (i) better explaining digestate quality variability and (ii) assessing the potential of new recovery options for different types of digestates.A digestate fertilizing-value typology consisting of 6 different types was established. The types were linked to AD feedstock and process (wet or dry-AD). The typology was mainly described by digestate dry matter, nitrogen content and C/N ratio. After, a meta-analytic study allowed a better prediction of digestate phase separation efficiency, which is usually a key step on digestate valorization. These two studies clarify the variability of digestates for scientists, plant designers and operators.Digestate “fractioning” was the principal approach and the experimental focus of innovative digestate recovery. The proof-of-concept of a scalable process capable of stripping nitrogen and extracting humic-like substances was demonstrated. The extracts of humic-like substances were characterized and assessed as soil improvers, biostimulants and biosurfactants. Finally, the digestate “conservation” approach consisted of direct thermal drying of raw digestate but with a focus on keeping nitrogen. For this purpose, acidification and adsorbents, as a novelty process enhancer, were applied before drying. Only acidification was successful for N fixation under the tested conditions and experimental limits were highlighted.The exploration of innovative NAD valorization approaches was successful: new concepts were developed along with positive perspectives for entering new markets from digestates. Effective digestate valorization remains a challenge but the thesis opens new concrete possibilities, along with new scientific and technical questions to be investigated