Extraire une ressource précieuse d’un flux de déchets largement disponible
Les boues d’épuration constituent une source inépuisable de déchets aux multiples débouchés, certaines sont déjà valorisées, tandis que d’autres sont encore en développement. L’extraction du phosphore présent dans les boues d’épuration suscite un vif intérêt. Le phosphore blanc est largement utilisé dans plusieurs secteurs industriels et entre dans la composition de produits aussi divers que des médicaments, des retardateurs de flamme ou des batteries automobiles. L’acide phosphorique de haute pureté, produit à partir de phosphore blanc, est également utilisé dans la fabrication des semi-conducteurs et dans l’industrie alimentaire, notamment comme régulateur d’acidité dans les boissons gazeuses. D’où l’intérêt de développer de nouvelles méthodes pour récupérer cet élément. «Si les quantités de boues d’épuration continuent d’augmenter en Europe et que l’UE poursuit ses efforts en faveur de la récupération du phosphore, le projet FlashPhos(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) pourrait recycler 1,5 million de tonnes de matière sèche de boues d’épuration par an d’ici à 2050», explique Christian Schmidberger(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordinateur de FlashPhos à l’université de Stuttgart(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), au sein du département conversion énergétique décentralisée(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
Trois étapes pour récupérer le phosphore des boues d’épuration
Le procédé FlashPhos repose sur trois étapes qui font appel à différentes technologies. Dans un séchoir-broyeur de conception récente, les boues d’épuration humides sont simultanément séchées et broyées en une poudre fine et sèche, nécessaire à l’étape suivante. Cette deuxième étape fait intervenir un réacteur à flux entraîné, dans lequel la poudre de boues d’épuration est transformée à haute température en un combustible gazeux et en un laitier contenant du phosphore. Lors de la dernière étape, le phosphore est extrait du laitier et transféré dans la phase gazeuse, d’où il est récupéré sous forme de phosphore blanc. «Nous avons testé le procédé dans trois installations pilotes et, je suis heureux de le dire, les résultats ont été très concluants», déclare Christian Schmidberger. Au total, trois installations pilotes ont été développées: un séchoir-broyeur, un réacteur flash et un raffineur. Le séchoir-broyeur a d’abord été installé à Straubing, puis transféré quelque temps plus tard à Stuttgart, en Allemagne. Le réacteur flash et le raffineur sont installés à Leoben, en Autriche. L’équipe a néanmoins rencontré plusieurs difficultés techniques, se souvient Christian Schmidberger. Le réacteur flash fonctionne à des températures très élevées, entre 1 500 °C et 1 600 C environ. «Si l’on tient compte des propriétés chimiques des cendres de boues d’épuration et de la chaleur, le procédé met les matériaux du réacteur à rude épreuve, en particulier son revêtement réfractaire!» Plusieurs essais ont été menés pour vérifier la résistance du revêtement réfractaire, une couche protectrice résistante à la chaleur installée à l’intérieur des équipements industriels fonctionnant à haute température. Des simulations ont également permis d’analyser la régulation de la température dans le réacteur.
Extraire le phosphore tout en offrant également une alternative au béton
FlashPhos apporte une solution technique à deux problèmes: fournir une solution de traitement aux boues d’épuration et réduire la dépendance de l’Europe aux importations de phosphore. Comme le souligne Christian Schmidberger, compte tenu de l’omniprésence du phosphore dans l’industrie, la situation actuelle est loin d’être idéale: «Il n’existe pratiquement aucune source naturelle de phosphore en Europe. Nous dépendons donc entièrement des importations en provenance de pays comme le Kazakhstan et le Vietnam». Les boues d’épuration contenant des quantités importantes de phosphore, elles constituent donc une matière première secondaire intéressante pour combler le déficit d’approvisionnement, grâce à des technologies de récupération comme FlashPhos. FlashPhos offre également une nouvelle solution pour traiter les déchets riches en phosphore difficiles à éliminer. «C’est précisément cette combinaison entre une solution de traitement des déchets et la récupération du phosphore sous forme de phosphore blanc, dans une logique d’économie circulaire, qui rend FlashPhos si particulier.» Autre avantage, la dernière étape du procédé produit deux sous-produits très recherchés. Un laitier doté de propriétés hydrauliques qui peut être utilisé en remplacement du ciment, et un alliage de fer qui peut être valorisé dans la sidérurgie.
