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Préparer la technologie CCL à une utilisation dans les centrales thermiques à charbon

La boucle de carbonate de calcium (CCL) est une des technologies de capture de carbone de seconde génération. Toutefois, même si on la considère moins toxique que les alternatives concurrentes et qu'elle a un impact moindre sur le rendement, cette méthode est loin d'être prête à être commercialisée; les avancées réalisées dans le cadre du projet SCARLET devraient lui apporter l'élan manquant.
Préparer la technologie CCL à une utilisation dans les centrales thermiques à charbon
Le projet SCARLET (Scale-up of Calcium Carbonate Looping Technology for Efficient CO2 Capture from Power and Industrial Plants) avait pour objectif de reprendre les travaux là où les avaient laissés l'Université technique de Darmstadt. Depuis avril 2014, l'équipe a modernisé une usine pilote de 1 MWth de façon à la rapprocher de la conformité attendue des installations industrielles.

Grâce aux données expérimentales obtenues, le docteur Jochen Ströhle et son équipe espèrent pouvoir construire une installation pilote de 20 MWth dans l'enceinte de la centrale thermique à charbon Emile Huchet, en France. L'industrie du charbon est, en effet, la plus susceptible d'être intéressée par la technologie CCL dans les années à venir.

En quoi la technologie CCL est-elle supérieure à ses concurrentes?

Comme dans les autres technologies post-combustion, le CO2 présent dans les gaz de combustion est absorbé par un réacteur avant d'être désorbé par un autre.

Autre avantage important, la technologie CCL utilise comme sorbant la chaux, un minéral naturel disponible à bas prix dans le monde entier et sans impact nuisible pour l'environnement. Toutefois, à la différence des technologies basées sur des sorbants liquides, la CCL utilise un procédé à température élevée, supérieure à 650°C. La chaleur nécessaire à la régénération du sorbant peut ainsi être utilisée dans un cycle de vapeur à haut rendement pour produire de l'électricité. La technologie a également un impact plutôt faible sur le rendement des centrales thermiques à charbon, de l'ordre de 6 à 7 % (compression du CO2 comprise), un chiffre bien plus faible que les technologies concurrentes. Par ailleurs, le coût de contrôle du CO2 est lui aussi bien plus bas.

Quels ont été les principaux résultats des tests sur site réalisés dans une usine de 1 MWth?

Une des difficultés de la technologie CCL réside dans la désactivation du sorbant par frittage et sulfatation et dans la dilution avec la cendre. Par conséquent, le processus doit être complété d'un apport en chaux. Toutefois, cette désactivation et dilution est un processus assez lent: des conditions d'exploitation uniformes en usine ne peuvent donc être obtenues qu'au bout de 50 heures de fonctionnement continu.

Le résultat principal du test pilote en usine 1 MWth a été l'obtention de plusieurs points d'exploitation uniformes pour différents débits de fabrication, types de carburant (houille et lignite), tailles de particule de combustible, types de chaux, etc. Des rendements de capture du CO2 supérieurs à 90 % ont pu être atteints pour plusieurs points d'exploitation uniformes.

Quelles pourraient être les principales difficultés occasionnées par l'augmentation de capacité requise pour répondre aux besoins d'une usine de 20 MWth et comment les surmonter?

Les réacteurs s'appuyant sur une technologie déjà maîtrisée de lit fluidisé à circulation, leur exploitation à une plus grande échelle est plutôt directe. Une des difficultés consiste à contrôler correctement le transfert des solides entre les réacteurs. Différents concepts ont été envisagés avec des experts de la technologie de lit fluidisé et certains ont été testés avec succès dans un modèle de fluage à l'échelle. La principale incertitude au niveau de la mise en œuvre à grande échelle de la CCL résidait cependant dans l'identification des performances du sorbant, compte tenu des effets de la désactivation et de la dilution, comme indiqué précédemment. Les résultats des essais pilotes ont servi à valider des modèles de prévision de performances du sorbant, qui ont ensuite pu être utilisés pour concevoir l'usine de 20 MWth.

Quels sont les résultats du projet dont vous êtes le plus fier?

Ce dont je suis le plus fier est d'avoir réussi à faire fonctionner l'usine pilote pendant plus de 1 000 heures en mode de capture du CO2. Cela nous a permis de constituer une base de données complète grâce à laquelle nous avons validé les modèles et évalué de manière fiable le processus de CCL.

Comment la technologie est-elle accueillie dans le secteur jusqu'à présent?

Compte tenu de son rôle clé dans la mise au point de la technologie CCL, GE Carbon Capture a également largement participé à la planification et à l'évaluation des tests pilotes en usine 1 MWth. Ils sont très satisfaits des résultats, en particulier du fait que nous soyons parvenus à obtenir des états uniformes pour différents points d'exploitation. Ils sont désormais plus confiants dans leur méthodologie de conception du processus CCL.

Les utilisateurs finaux impliqués dans le projet, à savoir des centrales thermiques et fabricants de ciments, ont été assez contents du coût de contrôle du CO2 relativement faible associé à la technologie CCL.

Où en êtes-vous avec l'usine 20 MWth?

L'objectif de SCARLET était de fournir une conception de base de l'usine 20 MWth. Celle-ci n'a pas encore été construite. Toutefois, l'agencement et les coûts estimés sont conformes à nos attentes.

Quelles sont les prochaines étapes maintenant que le projet est terminé?

La prochaine étape pourrait être la construction et l'exploitation d'une usine pilote 20 MWth pour procéder à la démonstration industrielle de la technologie CCL. Toutefois, une usine de ce type exige des ressources importantes et une forte implication de l'industrie.

Malheureusement, le prix des certificats de CO2 est assez bas et les partenaires industriels, en particulier les centrales électriques, ne voient pas l'intérêt commercial de se doter d'une capacité de transport et stockage du dioxyde de carbone (CCS) dans un avenir proche. Il faudrait pour remédier à cette situation que les autorités appliquent des taux de rachat plus élevés.

La CCL pourrait être intéressante pour les usines de ciment puisqu'elles utilisent, comme la CCL, de la chaux comme matière première. Une grande partie des émissions de CO2 des usines de ciment sont produites par calcination de la chaux, un processus qui ne peut être remplacé par des sources d'énergie renouvelables, d'où l'intérêt de la CCL dans leur cas. Par conséquent, la construction d'une installation pilote CCL de 10 à 20 MWth dans une usine de ciment pourrait constituer une possibilité d'utilisation de la technologie CCL à plus grande échelle.

SCARLET
Financé au titre de FP7-ENERGY
site web du projet

Source: Entretien extrait du magazine research*eu consacré aux résultats, n° 64 p. 5-6

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