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Athéna Recherche et Innovation : une bactérie produit de l’hydrogène

La société Athé­na Recherche et Inno­va­tion a dévelop­pé un procédé bac­téri­ologique pour pro­duire de l’hydrogène à par­tir d’eaux usées et de déchets agroal­i­men­taires. La biolo­gie se met au ser­vice d’une économie cir­cu­laire avec la pro­duc­tion d’énergie, la cap­ture de CO2, mais aus­si des sous-pro­duits util­is­ables comme engrais pour l’agriculture.

Athéna a été créée en 2017 avec pour voca­tion la pro­duc­tion d’énergie à par­tir de déchets. « Nous avons repris les travaux réal­isés en 1940 par un chercheur de l’Institut Pas­teur qui avait trou­vé une bac­térie capa­ble de trans­former la bio­masse en pét­role, indique son prési­dent, Ludovic Briand, ingénieur énergie et cofon­da­teur de la société avec Romain Irague, doc­teur en micro­bi­olo­gie. Nous n’avons pas  trou­vé cette bac­térie anci­enne ; cepen­dant, nous en avons sélec­tion­né une autre capa­ble de pro­duire de l’hydrogène à par­tir d’un mélange d’eaux usées et de déchets agroalimentaires. »

Per­for­mance énergétique

L’hydrogène est une molécule qui n’est jamais seule dans la nature et tous les procédés de pro­duc­tion con­sis­tent à cass­er les molécules pour en extraire le dihy­drogène. Mais tous ne sont pas aus­si per­for­mants. « Le vapore­for­mage sépare le car­bone de l’hydrogène du gaz (CH4) avec un rap­port de 1 unité d’énergie con­som­mée pour 0,8 unité d’énergie pro­duite. L’électrolyse sépare la molécule d’eau en oxygène et en hydrogène avec un rap­port de 1 unité d’énergie con­som­mée pour 0,7 unité pro­duite. Autre procédé, la pyrol­yse utilise une tem­péra­ture élevée pour cass­er des chaînes organiques. Quant à notre bac­térie, elle extrait l’hydrogène des matières organiques. L’hydrogène est en fait un déchet qu’elle rejette lors de sa crois­sance. Avec la sélec­tion de cette souche, nous avons ensuite tra­vail­lé sur les apports opti­mums pour nour­rir cette bac­térie afin qu’elle pro­duise le max­i­mum d’hydrogène. Ain­si, notre procédé pro­duit 4 unités d’én­ergie en n’en con­som­mant qu’une seule ! Le ren­de­ment énergé­tique est donc par­ti­c­ulière­ment performant. »

Proces­sus biologique circulaire

Athé­na s’est intéressée dans un pre­mier temps aux eaux usées et aux déchets de l’industrie agroal­i­men­taire ain­si qu’au dige­s­tat de méthani­sa­tion. « Nous pro­posons aux indus­triels de met­tre en place une ges­tion de leurs déchets qui per­met la pro­duc­tion d’hydrogène, mais aus­si celle de sous-pro­duits : com­post ou biochar selon les matières entrantes. La val­ori­sa­tion des sous-pro­duits nous per­met de ne génér­er aucun déchet. Cela nous per­met égale­ment d’avoir un coût de l’hydrogène tout à fait raisonnable de 8 €/kg. Notre exper­tise inter­vient pour cal­culer la con­cen­tra­tion entre eaux et matière organique (sucres, pro­téines, lipi­des) qui répond au mieux aux besoins de nos bac­téries afin qu’elles pro­duisent le max­i­mum d’hydrogène. Cela se fait au cas par cas avec chaque indus­triel : lai­terie, pâtes à papi­er, pro­duc­tion de plats cuis­inés, mais aus­si diges­tats de méthani­sa­tion. Pour ces derniers, nous util­isons en plus un pré­traite­ment qui casse les matières ligneuses des fibres végé­tales. Notre procédé est peu gour­mand en énergie puisqu’il utilise des eaux déjà chaudes en sor­tie (40 à 60 °C en lai­terie par exem­ple, ou même 80 à 100 °C pour des eaux de cuis­son de riz ou de plats cuis­inés). Ces eaux per­me­t­tent aus­si de décon­cen­tr­er les autres déchets. En effet, la matière organique trop con­cen­trée crée une sat­u­ra­tion d’acides gras volatils qui inhibe le proces­sus bactérien. »

Mod­èle économique

Prenons l’exemple d’une lai­terie de taille moyenne. « Elle peut pro­duire 120 tonnes d’hydrogène, soit l’équivalent de la pro­duc­tion d’un élec­trol­y­seur de 1 MW. Avec 1 unité d’énergie, nous en pro­duisons 4 d’hydrogène, mais nous en faisons aus­si gag­n­er 8 à 10 à la lai­terie. En effet, nous lui évi­tons l’évaporation du per­méat de lait et le traite­ment de ses eaux usées, tous deux con­som­ma­teurs d’énergie. Cela lui per­met de revendi­quer des cer­ti­fi­cats d’économies d’énergie. Par ailleurs, dans une logique d’économie cir­cu­laire, elle pour­ra utilis­er l’hydrogène pro­duit pour faire tourn­er 75 % de son parc de camions avec les per­for­mances actuelles, et nous espérons pou­voir attein­dre bien­tôt les 100 % dans cet exem­ple en amélio­rant notre procédé. En fait, le mod­èle d’Athéna est de dévelop­per un écosys­tème der­rière chaque unité agroal­i­men­taire ou chaque papeti­er : on prend les déchets, on pro­duit l’hydrogène, on revend en direct à l’usine ou à des col­lec­tiv­ités locales proches, on vend les sous-pro­duits pour un retour au sol. »

« Nos bac­téries pro­duisent sur une durée courte de 36 heures. Notre procédé per­met donc un renou­velle­ment pro­gres­sif de la matière, avec dif­férentes cuves en par­al­lèle pour assur­er un temps de con­tact suff­isant de la matière avec nos colonies de bac­téries (qui sont fixées dans ces cuves). Une fois l’hydrogène extrait, il reste un moût de fer­men­ta­tion com­posé de cadavres de bac­téries, de minéraux et d’acides gras volatils : on récupère alors cette phase solide et on la sèche pour en faire un lom­bri­com­post ou du biochar, selon la com­po­si­tion. Ces sous-pro­duits sont en cours d’évaluation, mais les pre­miers élé­ments que nous avons déjà recueil­lis mon­trent leur qual­ité agronomique pour un retour au sol avec une assim­i­la­tion assez rapi­de. Troisième bonus, nous récupérons aus­si du CO2 biogénique qui pour­ra être val­orisé par les indus­triels en sub­sti­tu­tion du CO2 fos­sile générale­ment util­isé (maraîchage, bois­sons gazeuses…). Ils abais­sent ain­si leur empreinte car­bone. Cette récupéra­tion du CO2 fait par­tie inté­grante de l’équation économique de notre procédé. »

Athé­na s’investit

Ce mod­èle de recy­clage est assez com­plexe, il opti­mise le procédé indus­triel par un réel recy­clage de tous les pro­duits, ce qui est la con­di­tion d’une véri­ta­ble économie cir­cu­laire : pro­duc­tion énergé­tique, usage local, val­ori­sa­tion du CO2 et des sous-pro­duits. Athé­na Recherche et Inno­va­tion pro­pose un mod­èle vertueux et bio­mimé­tique adap­té au cas par cas aux dif­férentes indus­tries qui pro­duisent des déchets organiques. « Avant tout pro­jet, nous étu­dions dans un pre­mier temps le poten­tiel des déchets. Puis nous effec­tuons des essais sur plusieurs semaines pour com­pren­dre com­ment opti­miser le proces­sus et analyser aus­si les aléas pos­si­bles (rup­ture, change­ment d’approvisionnement…). Si ces résul­tats sont bons, nous étu­dions alors les besoins et les usages locaux de l’énergie, puis nous pas­sons ensuite à la phase de con­cep­tion. Nous enga­geons un parte­nar­i­at avec les indus­triels. Pour cela, nous ne leur deman­dons pas d’investir, car c’est nous-mêmes qui investis­sons dans l’outil. Nous sommes actuelle­ment en train de lever deux mil­lions d’euros de fonds pour pass­er de nos démon­stra­teurs déjà opéra­tionnels à l’échelle indus­trielle, avec l’objectif d’avoir notre pre­mière usine opéra­tionnelle dès 2025. »

Pour plus d’in­for­ma­tion : Ludovic Briand (06 95 25 50 73)
(contact@athena-recherche.fr)

À propos de l'auteur

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