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La combustion à boucle chimique pour des installations neutres en CO2

Une nouvelle méthode de combustion de gaz, qui n'exige pas une séparation coûteuse des gaz, a pu être transposée à plus grande échelle. Cette nouvelle méthode présente des pénalités d'efficacité gaz-vapeur beaucoup moins lourdes que les autres technologies de capture du CO2, ainsi qu'une réduction de 60 % du coût de la suppression du CO2 par rapport à l'épuration par amine. Le consortium cherche déjà à étendre cette méthode à la combustion de biomasse.
La combustion à boucle chimique pour des installations neutres en CO2
Même si elles sont plus propres que la combustion de pétrole brut ou de charbon, les méthodes de combustion du gaz naturel utilisées actuellement génèrent quand même du CO2 sous la forme d'un mélange de gaz de combustion qui comprend également de l'azote, de la vapeur d'eau et d'autres substances.

Sous cette forme, le CO2 ne peut être ni stocké, ni recyclé. C'est ce qui a poussé les chercheurs financés dans le cadre du projet SUCCESS (Industrial steam generation with 100 % carbon capture and insignificant efficiency penalty — Scale-Up of oxygen Carrier for Chemical-looping combustion using Environmentally SuStainable materials) à rechercher une autre méthode de combustion, rentable, qu'ils ont trouvée dans la «Combustion en boucle chimique» (CLC).

Qu'est-ce qui fait de la CLC une solution à si fort potentiel pour la capture et le stockage du carbone?

Le principal avantage de la technologie CLC tient au fait que l'air et le carburant ne sont jamais mélangés, et qu'elle permet d'éviter l'étape de séparation gaz-gaz (consistant à séparer le CO2 d'un flux de gaz de combustion) couramment utilisée par les autres technologies de capture du carbone et qui exige beaucoup d'énergie. Cela réduit de façon spectaculaire la pénalité énergétique associée à la séparation du CO2.

Quel a été le rôle joué par SUCCESS dans le développement de cette technologie?

Le projet SUCCESS a étudié les deux aspects les plus importants de cette technologie: la transposition à plus grande échelle de la production de transporteurs d'oxygène et celle de la conception du système de réacteur. Le principal objectif du projet consistait à préparer la technologie CLC à une démonstration dans une centrale électrique de 10 MW fonctionnant au fuel. Pour cela, le projet a transposé les procédés de production du matériau de transport de l'oxygène à une échelle de plusieurs tonnes, et présenté un concept de réacteur adapté à cette échelle.

Quelles étaient les principales difficultés auxquelles vous avez été confronté et comment les avez-vous résolues?

Les principales difficultés sont liées au matériau de transport de l'oxygène, dont la production doit passer de l'échelle du laboratoire à un volume de plusieurs tonnes. Cette mise à l'échelle présente deux aspects critiques: l'identification des matériaux bruts disponibles en quantités industrielles et la mise à l'échelle du processus de production lui-même.

La production à grande échelle du matériau transporteur d'oxygène est réalisée en utilisant des matériaux bruts contenant plus d'impuretés que les produits chimiques propres utilisés à l'échelle du laboratoire. Le problème consiste à identifier les conséquences de ces impuretés sur le produit final et à sélectionner le matériau brut le plus approprié. Ces problèmes ont été résolus au cours du projet et la production de matériau a pu être mise à l'échelle avec la fabrication de 3,5 tonnes de matériau.

L'approche a consisté à effectuer une optimisation itérative de la production à grande échelle, c'est-à-dire une rétroaction régulière au cours du processus de mise à l'échelle dans les unités pilotes. Ce processus de production pourrait cependant encore être optimisé, afin d'obtenir des matériaux plus performants.

Comment s'est déroulée la phase de validation?

Elle s'est très bien déroulée. Les matériaux produits ont été testés dans plusieurs unités pilotes comprises entre 10 kW et 1 MW. Avec ces matériaux, l'exploitation s'est bien déroulée pour toutes les unités. En comparant ce matériau mis à l'échelle avec des matériaux de référence, nous avons constaté qu'ils présentent des performances similaires.

Qu'avez-vous appris sur le potentiel commercial de la CLC?

L'analyse techno-économique de cette technologie a montré que le plus gros potentiel de la CLC des combustibles gazeux, comme le gaz naturel ou le gaz de raffinage, réside dans la production industrielle de vapeur. Nous avons également constaté à quel point il est essentiel de passer à une échelle plus élevée (celle des 10 MW), afin de bénéficier d'une expérience à long terme de l'exploitation de la technologie CLC.

Avez-vous envisagé un suivi?

En nous basant sur les résultats du projet, nous sommes convaincus que la technologie est prête pour une démonstration à une échelle supérieure. Il n'existe encore cependant aucun plan de suivi pour des projets de démonstration.

Il serait également très intéressant de développer la technologie CLC pour l'utiliser avec la biomasse, afin de tendre vers une production d'énergie à émissions négatives. À la lumière du bilan carbone actuel et de la volonté de limiter à moins de 2 °C l'augmentation de la température, le BECCS (Bio Energy CCS) prend de plus en plus d'importance. C'est ce que souligne également le dernier rapport d'évaluation du GIEC. Nous y voyons un grand potentiel pour la CLC.

SUCCESS
Financé au titre de FP7-ENERGY
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Source: Entretien extrait du magazine research*eu consacré aux résultats, n° 64 p.11-12

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