Des membranes denses pour séparer efficacement des gaz
Les membranes de séparation de l'hydrogène et de l'oxygène devraient être d'une grande importance pour générer de l'électricité à partir de charbon ou de gaz naturel, sans aucun rejet de gaz carbonique (CO2). En outre, elles peuvent servir dans des centrales mixtes de production d'électricité et d'hydrogène. Les techniques actuelles sont limitées par l'efficacité de la séparation, la stabilité dans le temps, et les coûts. Les scientifiques du projet DEMOYS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Dense membranes for efficient oxygen and hydrogen separation), financé par l'UE, ont exploité une nouvelle technique de dépôt pour surmonter ces obstacles. Le dépôt en couche mince par projection plasma à faible pression, une technique propriétaire d'un partenaire du projet, associe les techniques classiques de pulvérisation thermique et de couche mince. Le fonctionnement à basse pression facilite la fabrication économique de revêtements denses et minces sur de grandes surfaces de substrat, à basse température. Les scientifiques ont utilisé cette méthode pour appliquer un revêtement dense et stable, conduisant à des membranes épaisses de moins de 50 micromètres. La fonctionnalisation catalytique a augmenté les réactions de surface, ce qui est le facteur limitant des membranes minces. Les scientifiques ont utilisé la ferrite de lanthane strontium cobalt (LSCF) et l'oxyde de tungstène lanthane (LWO) comme matériaux de référence pour les membranes de séparation de l'oxygène et de l'hydrogène. Ils ont fabriqué plusieurs lots de poudres et les ont déposées sur des supports métalliques poreux, et les alliages MCrAlY se sont avérés les mieux adaptés au processus de dépôt. L'équipe a aussi produit une couche nanoporeuse entre le support et la membrane dense, ce qui augmente la stabilité et le débit de la perméation. Les chercheurs ont soutenu les expériences par une étude de modélisation, portant sur l'intégration de cette membrane dans des centrales de génération d'électricité et d'hydrogène. L'étude a apporté des informations pour augmenter l'échelle du processus de dépôt et pour évaluer les coûts dans certaines configurations de centrales, afin de s'approcher le plus possible d'un impact carbone nul et de réduire les coûts de capture du CO2. Le calcul des coûts de l'électricité et de la capture de CO2 s'est limité aux membranes de transport de l'oxygène dans des centrales électriques au charbon. Les scientifiques ont conclu que l'intégration des membranes dans des centrales électriques à faible impact carbone pourrait être plus efficace que les centrales de référence utilisant les meilleures techniques de capture du CO2. En outre, l'utilisation des membranes de transport de l'oxygène dans des centrales mixtes de production d'électricité et d'oxygène, pouvait être plus efficace que les centrales de référence utilisant des procédés d'adsorption par variation de vide ou par variation de pression. Les membranes du projet DEMOYS sont très prometteuses et pourraient se traduire par des avantages notables au niveau économique et de l'environnement. Avec un meilleur rendement et un coût inférieur, l'UE disposera d'un avantage concurrentiel.
