Un système développé par la spin-off de l'EPFL TreaTech peut transformer les boues des stations d'épuration en sels minéraux - qui pourraient être utilisés comme engrais, par exemple – et le biogaz. Les recherches du cabinet sont financées par plusieurs entités des secteurs privé et public, et une usine pilote à grande échelle est en cours de construction. Le système devrait être installé dans une usine de traitement des eaux usées en 2022.

Les stations d'épuration produisent un effluent communément appelé boues. Les exploitants d'usines rejetaient auparavant ces boues directement comme engrais, mais cela a été rendu illégal en Suisse il y a un peu plus de dix ans en raison de la concentration croissante de polluants retrouvés dans les effluents. Par conséquent, les boues sont généralement séchées en galettes et brûlées, emportant avec lui des milliers de tonnes de phosphore chaque année. C'est important parce que le phosphore est un composé essentiel dans plusieurs processus biologiques, dont la photosynthèse, mais il n'y avait aucune méthode réalisable pour recycler le phosphore dans les flux d'effluents jusqu'à présent. Les ingénieurs du Laboratoire de transformation durable et catalytique de l'EPFL ont conçu un système capable de récupérer le phosphore, dont le marché est estimé à CHF 33 milliards. Le système a été développé par TreaTech, une entreprise issue du laboratoire. Le système de TreaTech peut également produire du biogaz à partir des effluents grâce à la technologie, appelé gazéification thermique, développé à l'Institut Paul Scherrer.

Pour réduire les frais de transport, les boues qui sont à 95 pour cent d'eau sont d'abord déshydratées par les stations d'épuration, nécessitant à son tour une grande quantité d'énergie qui a son propre coût. Le résidu est ensuite incinéré ailleurs. "Notre système peut récupérer les boues directement des stations d'épuration sans aucun séchage ou autre traitement préalable nécessaire, " dit Frédéric Juillard, PDG de TreaTech. Dans son système, le courant d'effluent est introduit dans une haute pression, séparateur haute température (> 22,1 MPa et 400°C) où le fluide entre dans un état supercritique (c'est-à-dire, entre liquide et gaz). Cela diminue fortement la solubilité du phosphore et des sels minéraux dans le fluide, les faisant cristalliser en solides qui peuvent être facilement récupérés. « Plus de 90 % du phosphore peut être récupéré, " souligne le PDG.

Transformer près de 100 pour cent de la matière organique en biogaz

Certaines stations d'épuration disposent déjà de systèmes de recyclage des boues en biogaz. "Mais les biodigesteurs qu'ils utilisent actuellement ne peuvent convertir que 40 à 50 pour cent de la matière organique, " dit Gaël Peng, co-fondateur et CTO de TreaTech. Le digestat restant est séché et transporté vers des installations d'incinération. Cela génère des coûts importants et nécessite beaucoup d'énergie. « Le traitement et l'élimination des boues représentent environ 40 % des coûts d'exploitation totaux d'une station d'épuration, " ajoute Peng. Juillard a donc souhaité intégrer dans son système une technologie de génération de biogaz, afin d'aider les exploitants d'usines à réduire leurs coûts et à augmenter les taux de conversion.

Il a passé plusieurs mois à étudier différentes technologies en cours de développement dans le monde, mais a trouvé la solution à moins de 200 km de l'EPFL, à l'Institut Paul Scherrer. Les scientifiques y travaillaient sur un nouveau type de réacteur qui utilise le ruthénium comme catalyseur et qui peut atteindre un taux de conversion de près de 100 pour cent en biogaz pouvant être utilisé pour produire de la chaleur ou de l'électricité, ou même comme biocarburant. L'eau qui en résulte est dépourvue de toxicité et peut être pompée directement dans les systèmes d'eau municipaux.

Quoi de plus, la technologie des scientifiques fait également gagner un temps considérable – leurs réacteurs peuvent transformer les boues en biogaz en seulement 20 minutes, alors que les biodigesteurs existants ont besoin d'environ 30 jours. Cela peut également économiser de l'espace dans les stations d'épuration et ne laisse aucun déchet.

Tests à grande échelle

Les recherches de TreaTech sont soutenues par l'Institut Paul Scherrer ainsi que par l'Office fédéral de l'énergie. L'entreprise a testé avec succès un prototype et construit actuellement une version à grande échelle. Elle prévoit d'installer son système dans une usine de traitement des eaux usées en 2022, juste à temps pour aider les exploitants d'usines à se conformer à la nouvelle réglementation sur le recyclage du phosphore qui pourrait entrer en vigueur en Suisse en 2026. En obligeant les entreprises à recycler le phosphore, le gouvernement suisse espère éviter les coûts et les risques environnementaux de l'importation du produit chimique.

Maintenant que TreaTech a testé avec succès son prototype, elle construit une usine pilote 100 fois plus grande et capable de traiter 100 kg/h de boues. La recherche de l'entreprise est soutenue par l'Office fédéral de l'énergie et a obtenu un financement de CHF 4,4 millions d'un partenariat public-privé. L'usine pilote devrait être achevée d'ici la fin de l'année, et le système devrait être installé dans une usine de traitement des eaux usées en 2022, avec une capacité de traitement de 3 tonnes de boues par heure.

La prochaine étape sera d'adapter le système pour une utilisation dans d'autres applications, comme pour le traitement des eaux usées industrielles, les eaux usées des usines de dessalement ou les résidus de biomasse.