amines démixantes pour le captage du CO2: approche thermodynamique et spectroscopique – DACOOTA

Le captage du dioxyde de carbone dans les effluents industriels post-combustion devrait contribuer à réduire de manière substantielle la production anthropique des gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique. L'absorption chimique du CO2 dans les solvants mixtes (typiquement des solutions aqueuses d'alcanol-amine), est considérée comme une voie prometteuse pour son captage avant le transport vers les sites de stockage. La régénération du solvant est très couteuse puisque cette étape du procédé requiert le chauffage de l'ensemble des produits résultant de l'absorption physique et chimique du CO2, incluant l'intégralité de la solution absorbante. Pour réduire le coût du procédé de capture, il est alors possible de considérer comme alternative aux amines classiques l'utilisation d'amines dites démixantes, présentant une séparation de phase liquide-liquide en solution aqueuse se produisant pour des températures modérées. Une telle séparation de phase provoquée de manière contrôlée à la sortie de l'absorbeur permettra de concentrer le carbone dans la phase riche en eau qui sera régénérée. L'autre phase, riche en amine et pauvre en carbone, sera directement réinjectée dans l'absorbeur.
Ce projet s'intéresse principalement à l'étude des propriétés physicochimiques des systèmes aqueux binaires ou ternaires contenant ces amines démixantes. L'étude proposée contribuera à établir les relations structure-propriétés dans cette nouvelle classe d'amines pouvant être utilisables pour le développement du procédé. Il est proposé ici d'étudier une famille d'amines ayant toutes comme motif principal un groupe piperidine. différents substituants seront étudiés afin d'analyser l'effet de la nature (alkyl ou phényl), du nombre et de la position des substituants sur les propriétés physicochimiques des systèmes aqueux en présence de CO2. Les propriétés thermodynamiques (limite de solubilité du CO2, enthalpies de dissolution, équilibres liquide-liquide...) seront mesurées en grande partie au Laboratoire de Thermodynamique et Interactions Moléculaires de Clermont-Ferrand (Université Blaise Pascal) alors que les mesures de spectroscopie Raman réalisées dans le Groupe de Chimie Hydrothermale (Université de Guelph) apporteront de nouvelles informations sur la spéciation du carbone absorbé dans les solutions aqueuses d'amine et dans chacune des phases liquides après la démixtion. Ces mesures, très complémentaires, seront réalisées sur une large gamme de températures en utilisant des dispositifs expérimentaux uniques développés par les deux laboratoires partenaires. Les données ainsi obtenues permettront alors d'ajuster les paramètres de modèles thermodynamiques utilisables pour décrire ces systèmes et de tester leurs performances pour l'extrapolation ou la prédiction. Le laboratoire canadien travaillera par ailleurs avec un partenaire industriel, Gas Liquid Engineering Ltd, qui fournira quant à lui des lignes directrices pour un éventuel transfert de cette nouvelle technologie depuis le laboratoire vers le monde industriel.