La méthanation biologique est une technologie verte prometteuse qui permet de valoriser les déchets organiques et de stocker l'excédent d'énergie renouvelable sous forme de méthane. Cependant, cette technologie en est encore à ses débuts en matière de commercialisation, car les recherches actuelles se concentrent sur des études de preuve de concept à l'échelle laboratoire/pilote et les exemples à grande échelle sont encore rares. Par ailleurs, les modèles numériques simplifiés (à une dimension 1D) ou tridimensionnels (CFD – Computational Fluid Dynamics) sont des outils pertinents pour le changement d'échelle et l'optimisation des bioréacteurs. Ce travail fournit un exemple concret du changement d'échelle du procédé de méthanation biologique, appuyé par des outils de simulation 1D et 3D. Les modèles ont d'abord été validés avec des données expérimentales à l'échelle pilote (volume de 22 L), puis appliqués à l'échelle industrielle au cas du réacteur d'Electrochaea (volume de ~5 m3). Il s'avère que le transfert gaz-liquide de l'hydrogène a un impact limitant sur la performance biologique. À l'échelle du laboratoire, l'injecteur de gaz joue un rôle crucial dans la génération de la population de bulles, ce qui affecte ultérieurement le transfert de masse et la performance biologique globale. La pureté du méthane a été multipliée par deux avec une plaque poreuse uniforme par rapport à quatre diffuseurs ponctuels. À plus grande échelle, le modèle CFD révèle des écoulements instables dus à des gradients de densité résultant d'un fort appauvrissement gazeux, puisque l'injection de quatre moles d'hydrogène et une mole de dioxyde de carbone forment au plus une mole de méthane en sortie. L'article se termine par des recommandations pour le changement d'échelle et la conception des réacteurs de méthanation, notamment des stratégies visant à améliorer le transfert gaz-liquide à grande échelle. Ces stratégies impliquent une conception de distributeur uniforme permettant l'injection de petites bulles et la conception de hauts bioréacteurs pour améliorer les performances liées au transfert d'hydrogène.

La méthanisation biologique est une technologie verte prometteuse pour la récupération des déchets organiques et
le stockage de l'énergie renouvelable excédentaire sous forme de méthane. Cependant, la technologie en est encore à ses débuts de commercialisation, car les recherches récentes se concentrent sur des études de preuve de concept en laboratoire/à l'échelle pilote et les exemples à grande échelle sont encore rares. Les modèles numériques tels que le modèle unidimensionnel (1D) et le modèle de dynamique des fluides computationnelle (CFD) sont des outils précieux pour la mise à l'échelle et l'optimisation des bioréacteurs.
Le travail actuel fournit un exemple conceptuel de mise à l'échelle du processus de méthanisation biologique. Les modèles ont été initialement validés à l'aide de données expérimentales à l'échelle pilote (volume de 22 L) et ensuite appliqués pour simuler le réacteur Electrochaea (volume d'environ 5 m3). On constate que le transfert de masse gaz-liquide d'hydrogène a un impact significatif sur les performances biologiques. La conception du diffuseur joue un rôle crucial dans la détermination du diamètre des bulles, qui affecte ensuite le transfert de masse et les performances biologiques globales. Une augmentation de deux fois de la pureté du méthane a été obtenue avec un sparger poreux uniforme par rapport à un sparger ponctuel. À grande échelle, le modèle CFD dévoile les schémas d'écoulement instables dus aux gradients de densité
résultant d'un énorme appauvrissement en gaz, car 4 moles d'hydrogène et 1 mole de dioxyde de carbone de l'entrée sont réduites à 1 mole de méthane à la sortie. L'article conclut avec des recommandations pour la mise à l'échelle et la conception des réacteurs, à savoir des stratégies pour améliorer le transfert de masse gaz-liquide à grande échelle. Ces stratégies impliquent une conception uniforme du sparger, de petits diamètres de bulles et la conception de bioréacteurs hauts pour des performances améliorées.