Des technologies hybrides réduisent le coût du captage du carbone issu de l’industrie
Le réchauffement de la planète provoqué par les émissions de gaz à effet de serre (GES) des centrales électriques, de l’industrie et d’autres sources constitue un défi majeur pour l’Europe et le reste du monde. Les technologies de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS) pourraient réduire de 90 à 95 % les émissions de carbone issues de la production d’électricité à partir de combustibles fossiles et de procédés industriels à forte intensité énergétique tels que la production de ciment, de céramique, d’acier et de produits pétrochimiques. Ces procédés de captage du CO2 représentent environ 70 % du coût total du processus CCUS. Les processus à forte intensité énergétique capturent actuellement le CO2 en le faisant barboter dans de l’eau contenant des amines organiques qui se lient au gaz. Ce procédé est toutefois inefficace par rapport à la séparation par membrane et à l’adsorption par inversion de pression sous vide basée sur des sorbants solides. Malheureusement, le déploiement d’un système autonome de capture du carbone basé uniquement sur la technologie membranaire ou uniquement sur des sorbants solides est coûteux, dans la mesure où les objectifs élevés de récupération et de pureté du CO2 augmentent considérablement les dépenses énergétiques, ainsi que les dépenses d’investissement et d’exploitation par rapport à l’épuration traditionnelle aux amines. Ces inconvénients peuvent néanmoins être surmontés en combinant la technologie des membranes avec des adsorbants solides dans des configurations hybrides.
Une approche combinée de la capture du CO2: le meilleur des deux mondes
Le projet CARMOF, financé par l’UE, a développé un procédé hybride efficace de capture du CO2 en postcombustion basé sur des adsorbants structurés imprimés en 3D. «CARMOF est un procédé hybride qui combine les meilleurs aspects des technologies des membranes et des sorbants solides», explique Costantino Martinez Cocera, coordinateur du projet. L’objectif de CARMOF était de créer des adsorbants secs extrêmement performants pour le captage du CO2 en postcombustion. Les structures étaient basées sur des technologies d’impression 3D contenant une combinaison de cadres organiques métalliques, d’oxyde de graphène réduit ou de nanotubules de carbone soutenus par des liants et des adsorbants en polyéthylèneimine. La structure a été conçue pour la combinaison spécifique de gaz provenant de l’industrie sélectionnée. Les chercheurs ont ainsi produit des absorbants fonctionnels dans des installations industrielles qui combinent des propriétés avancées telles que la conductivité électrique, la sorption du CO2, une grande surface, une porosité ajustable et une fonctionnalisation réglable du matériau de base.
Les procédés hybrides s’avèrent moins onéreux et supérieurs
«L’intégration des différentes technologies est supérieure à un processus autonome et permet d’éviter ses inconvénients. Les procédés hybrides ont démontré leur supériorité non seulement pour la récupération du CO2, mais aussi pour la réduction de l’investissement nécessaire à l’installation», fait remarquer Costantino Martinez Cocera. Les adsorbants sont façonnés par impression 3D au moyen de la micro-extrusion d’une pâte très visqueuse dans des matériaux poreux structurés. La conception microporeuse des structures peut être optimisée pour permettre une faible pression et une cinétique rapide du processus de capture du carbone. La technologie est déployée et testée en conditions réelles dans des cimenteries situées en Grèce. «Les résultats fourniront des informations précieuses sur la manière dont nous pouvons utiliser au mieux les technologies actuelles et exploiter leurs impacts combinés pour offrir des avantages considérables à toutes les industries à fortes émissions de carbone et à la société dans son ensemble», conclut Costantino Martinez Cocera.
Mots‑clés
CARMOF, capture du carbone, CCSU, CO2, gaz à effet de serre, émissions, membrane, adsorbants, impression 3D, procédés hybrides