SEED - Systèmes Energétiques Efficaces et Décarbonés

Chaîne Optimisée flexible de Coelectrolyse de CO2 et d'eau et d'Hydrogénation de CO en méthane de synthèse – CHOCHCO

Résumé de soumission

Le projet CHOCHCO s’inscrit dans une logique de valorisation du CO2 et dans la filière de stockage d’énergie électrique EnR par un vecteur gaz, appelée « Power to gas ». La part des EnR caractérisées par une production intermittente (éolien, photovoltaïque) augmente dans le mix électrique en France et en Europe. Cela pose un problème d’adéquation entre la production et la demande électrique. Une solution est le « Power to Gas » et plus particulièrement le « Power to methane » : en convertissant cette surproduction temporaire d’électricité bon marché en un vecteur énergétique, le méthane de synthèse, et en injectant celui-ci sur le réseau de gaz naturel local, national ou supra-national, on assure d’une part le stockage et d’autre part le transport à distance de cette énergie (limitation des risques de saturation locale de l’infrastructure de distribution électrique). En outre, on crée une économie circulaire du CO2 via sa valorisation. La chaîne « Power to Methane » est constituée:
•d’un poste d’électrolyse (production de H2) ou, dans le cas de CHOCHCO, de co-électrolyse à haute température (conversion électrochimique de vapeur et CO2 en syngas);
•d’un poste de méthanation catalytique;
•et a priori d’un poste de mise aux spécifications de l’injection sur le réseau de gaz naturel.
Ces postes sont reliés hydrauliquement par le flux de gaz à convertir et thermiquement (par récupération de la chaleur de méthanation).

Trois principaux constats fondent l’approche du projet CHOCHCO:
•L’optimisation technico-économique d’une telle chaîne dépend des possibilités de performances de chaque poste en fonction des conditions de pression et de composition du gaz en entrée de chacun d’eux : ces conditions jouent sur le rendement matière et énergie de chaque bloc, sur la qualité de leur intégration, mais aussi sur le maintien de ces performances dans le temps. Or pour la co-électrolyse comme pour la méthanation, les conditions opératoires souhaitables pour l’optimisation globale du procédé restent à préciser, du fait de données expérimentales manquantes.
• Le système global doit pouvoir s’adapter à la variation temporelle de puissance électrique à stocker par rapport à la puissance nominale de conversion installée, avec un minimum de pertes de rendement et de surcoût induits.
• Pour répondre à une large gamme de besoins en puissance installée, il est stratégiquement intéressant de structurer le co-électrolyseur et le méthaneur en empilement de Modules Elémentaires Répétitifs, à l’instar de l’électrolyseur.

Le projet CHOCHCO se propose de travailler sur cette optimisation en poussant l’effort et l’innovation sur:
•la validation expérimentale de la performance et de la durée de vie de la co-électrolyse en fonction de la pression, de la composition de gaz en sortie et de la variation de puissance électrique en entrée;
•le poste méthanation, avec la réalisation et le test d’un module élémentaire répétitif innovant devant permettre de limiter la température dans celui-ci à moins de 400°C et d’obtenir en sortie des rendements très élevés en méthane (>95%).

A l’issue du projet, les éléments suivants devront avoir été apportés:
•la connaissance expérimentale des limites et contraintes de la co-électrolyse, en composition de gaz en sortie et selon les variations de puissance électrique et de pression,
•la validation du concept de méthaneur innovant,
•la description du système procédé global optimisé et ses rendements matière et énergie,
•le coût du kWhe converti / kWhPCS stocké sur le réseau gaz,
•l’évaluation de l’empreinte carbone et ressources (terre rare) de l’opération.
Les partenaires sont GDF SUEZ, utilisateur final potentiel et spécialiste du gaz et de sa distribution, IRMA pour sa compétence dans la réalisation et le dépôt de couches catalytiques, le CEA Liten pour sa compétence dans le domaine de la co-électrolyse et des réacteurs-échangeurs, et l’ICPEES pour son savoir sur les matériaux de catalyse pour la synthèse du méthane.

Coordination du projet

Sandra CAPELA (ENGIE CRIGEN)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ENERCAT SAS ENERCAT SAS
ICPEES ICPEES
ENGIE ENGIE CRIGEN
CEA LITEN - Grenoble Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives - Centre de Grenoble

Aide de l'ANR 998 466 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2014 - 42 Mois

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