Régénération de solvants par irradiation micro-ondes pour un procédé propre et intensifié de récupération de CO2 – WAVEINCORE

Le développement de modèles aptes à rendre compte des phénomènes locaux d’interaction entre les champs MO et les mécanismes de transferts-réactions au sein de la phase liquide constitue l’un des principaux objectifs du projet WAVEINCORE. En effet, jusqu’à présent, aucune approche de modélisation adressant le couplage entre l’irradiation MO et un système réactif gaz-liquide n’a été étudiée: les connaissances à acquérir dans ce domaine sont complètement nouvelles. Ces modèles seront appliqués à une solution MEA de référence, ainsi qu’à des solvants de dernière génération qui auront été préalablement sélectionnés à partir de la caractérisation complète de leurs propriétés thermophysiques, diélectriques et thermodynamiques, prenant en compte l’influence de la température et celle de la concentration des gaz dissouts. Les modèles cinétiques seront définis à partir d’expériences de régénération conduites en batch pour des conditions statique ou en mélange parfait de la phase liquide, en utilisant une irradiation MO mono-mode. L’effet présumé des MO sur l’accélération des réactions de désorption hors leur effet thermique sera en particulier examiné.
A partir de la description fondamentale des phénomènes, l’approche de modélisation sera étendue à la description macroscopique d’un procédé de régénération par MO de solvants opérant en continu. Les modèles développés fourniront les bases théoriques nécessaires au dimensionnement de contacteurs prototypes qui seront intégrés à un équipement MO et dont les performances seront étudiées à l’échelle du laboratoire, pour différentes configurations d’écoulement de la phase liquide en contact avec la phase gaz.

L’information expérimentale collectée permettra d’évaluer la validité des modèles développés et de démontrer l’intérêt des technologies proposées.

Le dimensionnement du procédé en grandeur réelle sera envisagé dans une perspective d’implémentation sur la plateforme semi-industrielle « Power to Gas » MINERVE . Une comparaison technico-économique sera réalisée avec une unité de capture CO2 opérant la désorption par vapeur d’eau. Cette analyse reposera sur des scénarios optimisés d’intégration énergétique des procédés, et permettra d’évaluer le potentiel d’intensification de la technologie proposée.
La recherche s’inscrit dans une démarche d’innovation technologique associant deux partenaires académiques du laboratoire GEPEA : IMT Atlantique et ONIRIS, ainsi que l’entreprise SAIREM, fabricant français d’équipements industriels MO. Le potentiel de marché associé à l’application de cette technologie est énorme considérant les besoins croissants de décarbonisation des procédés industriels, en France et à l’international. Le projet WAVEINCORE apportera de nouvelles connaissances en lien avec la mise en œuvre de technologies MO pour des applications industrielles encore peu explorées.

Productions scientifiques en cours de publications.

Les procédés opérant le lavage de gaz par absorption pour la capture de CO2 sont considérés aujourd’hui comme les plus matures en vue d’un déploiement industriel. Des démonstrateurs de taille réelle équipent aujourd’hui des centrales de production d’électricité, des cimenteries et des unités « Power to Gas ». En dépit de leur plus grande avancée technologique, les procédés à base de solutions d’amines ne présentent qu’une efficacité thermodynamique limitée, inférieure à 50%. La quantité totale d’énergie requise pour l’ensemble du procédé est a-minima de 2500 kJ/kg CO2, tandis que les coûts s’élèvent à environ 50–60$ par tonne de CO2 capturé. Par ailleurs, d’autres inconvénients majeurs se posent: les solvants aminés ont des effets corrosifs, sont sensibles à la dégradation thermique et ont une faible capacité de charge en CO2.
Le projet WAVEINCORE propose de développer de nouvelles technologies de régénération thermique de solvants, aujourd’hui considérés comme des standards de référence ou prometteurs pour la capture de CO2. Ces technologies se basent sur le concept d’un traitement thermique par irradiation micro-ondes (MO) des solvants. Les technologies de désorption par MO doivent permettre d’amener une réduction drastique de la chaleur consommée et des pertes en solvant en opérant à des températures de travail inférieures à 100°C, avec la possibilité d’exploiter de l’électricité renouvelable.
Le développement de modèles aptes à rendre compte des phénomènes locaux d’interaction entre les champs MO et les mécanismes de transferts-réactions au sein de la phase liquide constitue l’un des principaux objectifs du projet WAVEINCORE. En effet, jusqu’à présent, aucune approche de modélisation adressant le couplage entre l’irradiation MO et un système réactif gaz-liquide n’a été étudiée: les connaissances à acquérir dans ce domaine sont complètement nouvelles. Ces modèles seront appliqués à une solution MEA de référence, ainsi qu’à des solvants de dernière génération qui auront été préalablement sélectionnés à partir de la caractérisation complète de leurs propriétés thermophysiques, diélectriques et thermodynamiques, prenant en compte l’influence de la température et celle de la concentration des gaz dissouts. Les modèles cinétiques seront définis à partir d’expériences de régénération conduites en batch pour des conditions statique ou en mélange parfait de la phase liquide, en utilisant une irradiation MO mono-mode. L’effet présumé des MO sur l’accélération des réactions de désorption hors leur effet thermique sera en particulier examiné.
A partir de la description fondamentale des phénomènes, l’approche de modélisation sera étendue à la description macroscopique d’un procédé de régénération par MO de solvants opérant en continu. Les modèles développés fourniront les bases théoriques nécessaires au dimensionnement de contacteurs prototypes qui seront couplés à un générateur MO multi-mode et dont les performances seront étudiées à l’échelle du laboratoire, pour deux configurations d’écoulement de la phase liquide en contact avec la phase gaz.
L’information expérimentale collectée permettra d’évaluer la validité des modèles développés et de démontrer l’intérêt des technologies proposées. Le dimensionnement du procédé en grandeur réelle sera envisagé dans une perspective d’implémentation sur la plateforme semi-industrielle « Power to Gas » MINERVE . Une comparaison technico-économique sera réalisée avec une unité de capture CO2 opérant la désorption par vapeur d’eau. Cette analyse reposera sur des scénarios optimisés d’intégration énergétique des procédés, et permettra d’évaluer le potentiel d’intensification de la technologie proposée.
Le consortium associe deux partenaires académiques du laboratoire GEPEA : IMT Atlantqiue et ONIRIS, ainsi que l’entreprise SAIREM, fabricant d’équipements industriels MO.