Du captage de CO2 issu de fumées de postcombustion par procédé membranaire à sa valorisation par un procédé durable de production de bicarbonate de sodium. – C2B

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Le projet C2B vise à capturer en continu du CO2 d’une fumée réelle de centrale thermique au charbon et à régénérer un flux de CO2 pur pour la production d’hydrogénocarbonate de sodium (SBC) dénommé BICAR® par la société SOLVAY. Il rassemble SOLVAY (P1, Dombasle), le LRGP (P2, Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, Nancy), le LGC (P3, Laboratoire de Génie Chimique, Toulouse) et POLYMEM (P4, Toulouse).

Le concept de la capture de CO2 sur contacteur membranaire couplé à une absorption chimique en solution (amine et ammoniaque) a été validé dans deux projets ANR (CICADI et AméliE_CO2). Il a reçu un "Prix des techniques innovantes pour l'environnement" en 2010 à POLLUTEC.

Les contacteurs membranaires utilisés sont faits de membranes creuses recouvertes d’une fine couche d’un polymère perfluoré. La technologie a révélé d’importants avantages comparés aux autres procédés de capture: flexibilité, intensification (due au transfert de matière très élevé), maîtrise du stripping de la solution absorbante et limitation du bouchage des pores membranaires.

Mais ce procédé de rupture n’a jamais été appliqué sur des fumées réelles et chaudes contenant des traces d’oxydes de soufre, d’azote, des poussières et de l’humidité, et plusieurs travaux doivent être menés:
1. Développement et caractérisation de nouvelles fibres composites et de contacteurs membranaires à l’échelle labo ayant des performances améliorées (tenues mécanique, thermique et absorption de CO2). De nombreuses questions sont posées, dont la résilience et le vieillissement des fibres vis-à-vis des cendres volantes résiduaires. C’est un challenge clef du projet.
2. Détermination des performances de régénération de CO2 sur des contacteurs membranaires à l’échelle labo. Cette autre innovation de rupture n’a jamais été étudiée jusqu’à maintenant.
3. Dimensionner et fabriquer un prototype de contacteur membranaire. L’extrapolation conduira à un facteur d’échelle de 200. De tels modules n'ont jamais été fabriqués et C2B est un pionnier dans ce domaine.

Sur base d’une fumée de postcombustion d’une centrale thermique située à Dombasle et appartenant à SOLVAY, le projet C2B aura pour objectifs:
1. De capturer du CO2 en continu sur un prototype de contacteur membranaire à une capacité de plusieurs kg CO2 capturés/h et l’absorber avec un rendement élevé (70% à 95%) dans une solution de carbonate d’ammonium pour former une solution d’hydrogénocarbonate d’ammonium.
2. De régénérer un flux de CO2 pur et une solution de carbonate d’ammonium dans un réacteur chauffé et maintenu sous pression.
Le flux de CO2 régénéré sera aussi valorisé sur place: il sera la matière première de très haute valeur pour la production de SBC, une spécialité de SOLVAY. L’utilisation de CO2 pur pour la production de BICAR® n’est pas un frein technologique d'un point de vue process.

Sur base des résultats du fonctionnement du prototype de capture/régénération, des évaluations seront menées:
1. Cristallisation d’un SBC de haute valeur ajoutée avec le CO2 pur régénéré et une solution à base de carbonate de sodium réelle provenant de l’usine SOLVAY de Dombasle: ceci pour vérifier le respect des spécifications avec les pharmacopées européennes et américaines.
2. Modélisation en deux dimensions de la capture de CO2 pour prédire le design de plus grands contacteurs et leurs performances de capture.
3. Détermination de critères économiques (CAPEX et OPEX) et de l’impact environnemental du procédé complet, depuis la fabrication du prototype de contacteur membranaire jusqu’à la régénération finale du CO2, de manière à évaluer sa durabilité.

Le projet C2B vise à développer la capture de CO2 d'une fumée de postcombustion réelle sur base d'un prototype de contacteur membranaire installé sur un site industriel. Le CO2 capturé sera régénéré et valorisé pour produire du BICAR®, une spécialité utilisée dans le monde entier dans de nombreuses applications à hautes valeurs ajoutées.