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Atteindre un nouveau jalon dans les technologies de carburants propres

Le projet ASCENT a mis au point un procédé de captage du carbone précombustion qui soutient les efforts de lutte contre le changement climatique, l’épuisement des ressources et le prélèvement d’eau, améliorant simultanément la santé humaine, l’efficacité énergétique et la qualité de l’écosystème.
Atteindre un nouveau jalon dans les technologies de carburants propres
Les systèmes de production d’énergie de précombustion convertissent le combustible gazeux, solide ou liquide pour créer un mélange d’hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). En plus d’être utile pour la production d’électricité, l’hydrogène généré pourrait aussi, à l’avenir, chauffer les maisons et alimenter les véhicules. Il est important de noter que le processus pourrait être entrepris avec des émissions presque nulles si le dioxyde de carbone est efficacement capté dans le processus. Ce dernier est donc souvent promu comme une technique utile dans la lutte contre le changement climatique d’origine humaine.

Cependant, l’un des écueils actuels est que les processus de séparation du CO2, comme l’utilisation de l’ammine liquide, se produisent à des températures relativement basses, ce qui est coûteux, toxique pour l’environnement et consomme davantage d’énergie.

Le projet ASCENT (Advanced Solid Cycles avec Efficient Novel Technologies), financé par l’UE, a permis d’établir une preuve de concept pour trois procédés innovants à haute température (plus de 300 °C) captant le CO2 de manière moins coûteuse et plus écologique, tout en produisant l’hydrogène nécessaire pour une production d’énergie hautement efficace.

Une preuve de concept pour trois processus

Expliquant la raison d’être du projet ASCENT, le coordinateur du projet, le Dr Stefano Stendardo, a déclaré: «Le principal moteur de la recherche consistait à détourner l’attention de l’état actuel des technologies sobres en carbone vers un changement radical qui réduit l’énergie nécessaire».

Chacun des trois processus à haute température ASCENT a été modélisé pour maximiser la production d’énergie tout en minimisant les émissions de CO2. Tous les procédés étudiés combinent une réaction qui nécessite de la chaleur (endothermique) et une réaction qui libère de la chaleur (exothermique). Ils offrent une nouvelle combinaison des deux approches générant de la chaleur, rendant l’ensemble du processus plus efficace.

L’intégration de ces réactions au sein d’un seul réacteur a permis d’augmenter la température du combustible pour une production efficace d’hydrogène avec l’avantage de réduire les besoins en équipements parallèlement à une augmentation du volume d’énergie généré. De plus, la chaleur résiduelle générée lors de la séparation du CO2 et de la production de H2 peut elle-même produire de l’énergie supplémentaire au moyen d’un cycle thermodynamique captif.

Les trois concepts étudiés, pour la production de carburant riche en hydrogène à utiliser dans un cycle énergétique ou dans l’industrie, ont été conçus pour fonctionner de manière complémentaire. Un cycle en boucle Calcium-Cuivre, correspondant à deux paires de réactions endothermiques-exothermiques dans le même lit fixe, a été testé. Deuxièmement, les chercheurs ont examiné un concept baptisé CSHIFT, basé sur un système de réacteur à lit fluidisé très innovant. Enfin, ils ont testé un procédé de reformage amélioré par sorption (SER, pour Sortion Enhanced Reforming) dans un cycle en boucle à lit fluidisé.

Comme le rappelle le Dr Stendardo, «notre principal défi consistait à tester chaque technologie dans des conditions de pression et de température pertinentes pour l’industrie, avec des matériaux fabriqués à une échelle nécessaire pour une mise en œuvre réelle».

Une fois que les processus ASCENT ont atteint leur preuve de concept, ils ont été soumis à une modélisation et à une simulation grandeur nature nécessaires à une production d’énergie industrielle.

Travailler à des niveaux de maturité technologique plus élevés

Le projet ASCENT contribue à un certain nombre de politiques européennes axées sur l’environnement, comme l’ambition d’améliorer l’efficacité énergétique et de lutter contre le changement climatique grâce à l’utilisation de combustibles fossiles propres. Il contribue également à répondre au besoin pressant de garantir l’approvisionnement énergétique de l’Europe à long terme, tout en renforçant la compétitivité de l’industrie européenne, y compris la participation des petites et moyennes entreprises.

S’appuyant sur les propriétés chimiques et mécaniques des matériaux ASCENT, le Dr Stendardo se dit enthousiaste pour la suite: «Notre ambition est de poursuivre le développement et la fabrication à grande échelle de ces matériaux. Une évolution possible des technologies ASCENT serait leur hybridation avec des énergies renouvelables, pour le stockage de l’énergie et une réduction supplémentaire des émissions de CO2.»

Mots-clés

ASCENT, combustible fossile, énergie propre, précombustion, changement climatique, CO2, hydrogène, énergie, électricité, chaleur, température, réacteur