Projet H2020 SMART-Plant : Intensification des techniques de récupération des matériaux à faible émission de carbone dans les stations d'épuration existantes
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2016 -2020
- Budget alloué 7.536.300,02 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet Proyecto SMART-Plant
Les données collectées au cours de l’exploitation à long terme des SMARTechs primaires, secondaires et en aval, ainsi que les caractéristiques des produits SMART, ont été compilées au cours de la dernière année du projet. Les analyses, les solutions numériques, les évaluations d’impact des tarifs de l’eau, les enquêtes et les activités de marketing ont démontré la durabilité et la valeur ajoutée des SMARTechs et des produits SMART d’un point de vue technique, environnemental, social et économique. Valeur ajoutée technique : La plupart des SMARTechs primaires et secondaires ont pleinement démontré leur capacité à réduire les coûts d'élimination des boues, la demande énergétique et l'empreinte carbone, tout en atteignant l'efficacité énergétique et la récupération d'énergie, de nutriments et d'autres matériaux (tels que la cellulose et les biopolymères). Outils/systèmes de support numérique validés par SMART-Plant pour :
- Surveillance en temps réel de la demande énergétique et des émissions de GES pendant le fonctionnement du processus.
- Soutenir la décision sur la configuration optimale d'une STEP.
Concernant la sécurité chimique des produits SMART, diverses analyses ont été menées pour étudier la concentration de pesticides et de métaux lourds dans les matériaux récupérés, la valeur agronomique des nutriments récupérés et la qualité et la caractérisation des produits de consommation et/ou industriels résultants. Ces données peuvent contribuer à l’avancement de la recherche scientifique et au processus décisionnel des gestionnaires des services publics et des décideurs politiques. Valeur ajoutée environnementale : technologies de traitement de l'eau économes en énergie validées par SMART-Plant, capables d'extraire et de valoriser les précieuses ressources disponibles dans les eaux usées et de développer de nouveaux produits de consommation et/ou industriels. Les taux de récupération élevés des SMARTechs contribuent à respecter les limites strictes de rejet de nutriments dans les eaux usées.
L’approche SMART-Plant contribue à une économie verte et circulaire et à une société durable à long terme, en récupérant de nouvelles matières premières destinées à être utilisées dans différents secteurs industriels. Les résultats montrent que la récupération des matériaux peut réduire considérablement la demande énergétique totale et les émissions de GES (c'est-à-dire jusqu'à -70 %) et permettre des économies opérationnelles à la station d'épuration, telles que moins d'énergie d'aération, moins de produits chimiques ou moins d'élimination des boues.
- Valeur ajoutée sociale et législative : Une grande partie des efforts de SMART-Plant a été consacrée à surmonter les obstacles sociaux et législatifs et à évaluer les attitudes du public à l’égard des nutriments et des matériaux récupérés dans les eaux usées. Plusieurs activités de sensibilisation, d’engagement des parties prenantes et du public visaient à sensibiliser aux avantages environnementaux de l’adoption de plans de réutilisation de l’eau et de récupération des ressources. D’une manière générale, des barrières législatives importantes subsistent (comme la fin du statut de déchet, l’absence d’un cadre réglementaire européen harmonisé). Cependant, SMART-Plant a obtenu des résultats encourageants et tangibles en termes de soutien politique aux niveaux national et européen, à la fois directement et par la participation aux activités des plateformes de parties prenantes de l’UE.
- Valeur ajoutée économique : La durabilité économique de la plupart des SMARTechs a été démontrée par les économies d’OPEX réalisées grâce à la réduction du volume de boues à traiter, à la réduction de la consommation d’énergie et à l’efficacité opérationnelle.
En outre, un cadre réglementaire national/local approprié peut soutenir des solutions durables et circulaires, telles que les SMARTechs, et inciter les services d’eau grâce à des avantages tarifaires. Des activités de conseil, des études de faisabilité, des activités de conception à grande échelle et de réplication sont déjà en cours et fourniront des preuves solides de la durabilité économique des technologies.
Durant la 3ème période (M37-M48) le consortium a concentré ses efforts sur : - la réalisation de l'évaluation de la durabilité (technique, économique, sociale et environnementale) des solutions SMART-Plant.
- Explorer et démontrer la transférabilité, la reproductibilité et la commercialisation des technologies SMART et des produits SMART dans différents secteurs, pays et contextes ; - faire progresser et finaliser l'ETV des SMARTechs éligibles.
- Ouvrir la voie à une exploitation au-delà du projet SMART-Plant en livrant un plan d'affaires robuste facilité par l'utilisation d'outils d'aide à la décision numériques (pour le suivi, l'évaluation et la prise de décision - DSS).
- Soutenir la politique (par exemple, la gestion des boues et les critères de fin de statut de déchet) aux niveaux national et européen, conformément aux priorités de la CE ; - augmenter la visibilité en publiant des articles scientifiques ISI à fort impact.
- L'organisation de la grande conférence internationale finale SMART-Plant avec plus de 375 participants (IWA RR 2019) et les activités de suivi. SMARTechs a été la principale source de :
- Matériaux récupérés, pour développer des produits SMART.
- Données à long terme pour : modéliser, évaluer et (dans les cas éligibles à l'ETV) certifier des solutions éco-innovantes.
Le résultat a été utilisé dans la 3ème période. Les matériaux récupérés ont été utilisés au WP3 pour le post-traitement et le développement, la caractérisation et les tests de produits SMART. Dans le WP5, les données et performances optimales à long terme ont été utilisées pour mettre à jour le modèle de développement commercial et de veille marketing. Les résultats du projet ont été présentés à un large public d'acteurs du secteur de l'eau lors de la conférence finale SMART-Plant, organisée dans le cadre de la conférence IWA Resource Recovery 2019, du 8 au 12 septembre à Venise, ainsi que lors d'ECOMONDO 2019.
L'objectif global de SMART-Plant était de valider et de lancer un portefeuille de 7 solutions éco-innovantes (SMARTechnologies) qui, individuellement ou en combinaison, peuvent rénover et moderniser les stations d'épuration des eaux usées municipales (STEP) existantes en installations de récupération des ressources en eau (IRRE).
Après 4 ans de mise en œuvre, SMART-Plant a validé n.9 SMARTechs capables de réduire considérablement les coûts d'exploitation des STEP (économies d'énergie, réduction des émissions de GES, réduction des boues) et, en même temps, d'entraîner la récupération d'énergie, de nutriments et d'autres matériaux (cellulose ; PHA ; Cap ; struvite ; Ammoniac et sulfate d'ammonium). Bien que la récupération et la réutilisation des ressources soient encore perçues par les STEP comme une valeur ajoutée et non comme un argument de vente en soi, les économies opérationnelles et les améliorations de performance proposées par SMARTechs répondent parfaitement aux besoins actuels et futurs des services d'eau. Trois SMARTechs ont été certifiés par ETV - Environmental Technology Verification. SMART-Plant a également validé deux outils/systèmes d'aide à la décision numériques pour le suivi en temps réel de la demande énergétique et des émissions de gaz à effet de serre et pour l'aide à la décision sur la configuration optimale d'une station d'épuration.
Les matériaux récupérés par SMARTechs ont été utilisés pour développer de nouveaux produits SMART de valeur (tels que des biocomposites, des engrais, des additifs) qui ont été testés pour répondre aux exigences légales et du marché. Les résultats en termes de sécurité chimique, de concentrations de pesticides et de métaux lourds, de valeur agronomique, de qualité et de rendement ont été encourageants, c'est pourquoi le portefeuille de produits SMART a été introduit dans les secteurs de l'eau, de la chimie, de l'agriculture et de la construction pour commencer à créer de nouvelles chaînes de valeur. Grâce à SMART-Plant, les technologies de récupération des ressources sont prêtes et facilement disponibles dans les stations d’épuration, ce qui incite le marché et la législation à surmonter les préjugés sociaux résiduels et les barrières législatives. SMART-Plant a obtenu des résultats encourageants et tangibles en termes de soutien politique aux niveaux national et européen pour surmonter les obstacles législatifs, à la fois directement et par la participation aux activités des plateformes de parties prenantes de l'UE.
SMART-Plant développera des solutions éco-innovantes et économes en énergie pour rénover les stations d'épuration existantes et fermer la chaîne de valeur circulaire en appliquant des techniques à faible émission de carbone pour récupérer des matériaux qui seraient autrement perdus. Les systèmes pilotes 7+2 seront optimisés pendant plus de 2 ans dans un environnement réel dans 5 usines municipales de traitement des eaux, dont 2 installations de post-traitement. Les systèmes seront automatisés afin d’optimiser le traitement des eaux usées, la récupération des ressources, l’efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Un portefeuille SMART complet comprenant des biopolymères, de la cellulose, des engrais et des intermédiaires sera récupéré et transformé en produits finaux commercialisables. L'intégration des actifs de récupération des ressources dans les programmes de gestion des actifs à l'échelle du système sera évaluée sur chaque site en suivant le paradigme de récupération des ressources pour l'usine de traitement des eaux usées du futur, rendu possible grâce aux solutions SMART-Plant. Le projet démontrera la faisabilité de la gestion circulaire des eaux usées urbaines et la durabilité environnementale des systèmes, qui seront démontrées à l’aide d’approches d’évaluation du cycle de vie et de calcul des coûts du cycle de vie pour démontrer l’avantage global des solutions d’eau à grande échelle. Un modèle dynamique et un cadre d’aide à la décision seront développés et validés pour identifier les options optimales d’intégration du système SMART-Plant pour les ressources et technologies récupérées.
Le déploiement sur le marché mondial sera réalisé comme la bonne solution pour les services d’eau et les acteurs industriels concernés, compte tenu des implications stratégiques du paradigme de récupération des ressources pour la gestion de l’eau publique et privée. De nouveaux modèles de partenariat public-privé seront explorés, reliant le secteur de l’eau à l’industrie chimique et à ses segments en aval, tels que les secteurs de la construction et de l’agriculture, générant ainsi de nouvelles opportunités de financement, ainsi qu’une concurrence potentielle public-privé.
Les stations d’épuration des eaux usées sont l’une des industries les plus coûteuses en termes de besoins énergétiques : de grandes quantités d’énergie sont dépensées pour traiter les eaux usées en vue de leur réutilisation ou de leur élimination dans l’environnement. Selon l’Agence internationale de l’énergie, la consommation mondiale d’électricité pour la collecte et le traitement des eaux usées nécessitera plus de 60 % d’électricité en plus en 2040 qu’en 2014, à mesure que la quantité d’eaux usées nécessitant un traitement augmente.
Déchets entrants, ressources sortantes Il est important de considérer les stations d’épuration des eaux usées non seulement comme des installations d’élimination des déchets, mais plutôt comme des installations de récupération des ressources. Cela signifie qu’ils ont le potentiel de produire de l’eau propre, de récupérer des nutriments et des matériaux sûrs et de réduire la dépendance aux combustibles fossiles grâce à des processus économes en énergie et à la production d’énergie renouvelable. Des innovateurs paneuropéens dans le domaine du traitement des eaux usées ont uni leurs forces dans le cadre du projet SMART-Plant, financé par l'UE, pour explorer comment les technologies qui récupèrent des matériaux précieux des eaux usées pour produire des produits commercialisables peuvent être adaptées aux stations d'épuration des eaux usées existantes. En outre, le projet a développé de nouveaux systèmes permettant de surveiller la consommation d’énergie et l’empreinte carbone du traitement des eaux usées. Technologies intelligentes de récupération des matériaux « SMART-Plant a développé des solutions innovantes et respectueuses de l'environnement qui démontrent comment les services publics peuvent convertir leurs usines de traitement des eaux usées en installations de récupération des ressources, réduire leur empreinte énergétique et carbone et numériser leurs opérations », explique le coordinateur du projet Francesco Fatone.
Le projet a démontré différentes technologies (SMARTechs) dans sept usines pilotes. Aux Pays-Bas, les partenaires du projet ont développé un procédé permettant de séparer la cellulose des eaux usées entrantes et de la convertir en fibres de cellulose propres. En Israël, les partenaires ont démontré un biofiltre anaérobie breveté qui transforme les eaux usées en énergie renouvelable (biogaz). Les partenaires espagnols ont démontré un procédé appelé SCEPPHAR pour traiter les eaux usées et, en même temps, récupérer des produits (jusqu'à 50% de phosphore et des boues enrichies en PHA, les biopolymères les plus prometteurs comme substituts aux plastiques dérivés du pétrole). Le projet pilote britannique a démontré un processus d’échange d’ions pour récupérer l’ammoniac et le phosphore des eaux usées secondaires, en vue d’une réutilisation potentielle dans les industries chimiques et des engrais. En Italie, les stations d'épuration SCENA et SCEPPHAR traitent les boues, fortement chargées en nutriments azotés et phosphorés, pour éliminer jusqu'à 85 % de l'azote, récupérer le phosphore sous forme de struvite et produire des boues enrichies en PHA, tout en réduisant les coûts énergétiques jusqu'à 20 %. En Grèce, l'hydrolyse thermique, en collaboration avec SCENA, est en cours de développement pour traiter les eaux usées à base de boues à forte teneur en ammoniac. Les ressources extraites par les SMARTechs (cellulose, nutriments et PHA) sont converties en produits par deux « SMARTechs en aval ».
La première technologie utilise des matériaux cellulosiques et PHA pour fabriquer des plastiques biocomposites qui peuvent être utilisés dans l’industrie de la construction ou pour les biens de consommation.
La deuxième consiste en un compostage dynamique pour produire des engrais commerciaux ou des biocarburants à partir de boues cellulosiques riches en phosphore. Supprimer les obstacles au traitement circulaire des eaux usées L’industrie de l’eau joue un rôle important dans l’économie circulaire émergente, en contribuant à maintenir les ressources en service le plus longtemps possible. « SMART-Plant estime que les services d'eau peuvent devenir des moteurs de l'économie circulaire si les opérateurs remplacent l'hésitation et le scepticisme par une attitude généralement positive envers les solutions éco-innovantes pour la récupération des ressources », explique Fatone.
Pour y parvenir, les partenaires du projet ont impliqué le personnel des services d’eau locaux dans les installations pilotes à grande échelle, en proposant des sessions de formation et des manuels. « Cela a aidé les opérateurs à voir comment les systèmes de récupération des ressources peuvent progressivement changer le paradigme de la gestion des eaux usées sans perturber les actifs et les charges de travail existants », note Fatone. La large gamme de technologies de SMART-Plant démontre que les eaux usées ne doivent pas être traitées comme des déchets, mais comme une ressource.
- UNIVERSITA POLITECNICA DELLE MARCHE (UNIVPM)
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