PartagerTechnologies de captage cryogénique du CO2
Le captage cryogénique du CO2 est encore peu développé. Toutefois, plusieurs projets ont atteint un niveau de maturité technologique (TRL) de 6, pour des applications telles que la production d'hydrogène bleu.
Selon l'AIE (Agence Internationale de l’Energie), le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS) désigne un ensemble de technologies qui peuvent jouer un rôle clé dans la réalisation des objectifs mondiaux en matière d'énergie et de climat. Le CCUS consiste à capter le CO2 des installations industrielles qui utilisent des combustibles fossiles ou de la biomasse comme carburantcombustible. Le CO2 peut également être capté directement dans l'atmosphère. [1]
L'absorption chimique à l'aide de solvants à base d'amines est la technologie de captage du carbone la plus mature. [1, 2] Cependant, les grands volumes de solvants utilisés nécessitent une énergie thermique importante pour leur régénération. [2] La séparation physique du CO2 est une autre technologie mature actuellement commercialisée dans le traitement du gaz naturel et la production d'éthanol, de méthanol et d'hydrogène. Entre autres procédés, la séparation physique du CO2 peut être réalisée à l'aide de technologies à basse température. Le captage cryogénique du carbone repose sur le changement de phase, séparant ainsi le CO2 du gaz sous forme liquide ou solide. [2]
Captage cryogénique du carbone pour la production d'hydrogène bleu : la technologie Cryocap d'Air Liquide
Pour la production d'hydrogène à faible teneur en carbone à partir de combustibles fossiles (appelé « hydrogène bleu »), la technologie de captage cryogénique du carbone est essentielle pour réduire les émissions de CO2. Un hydrogène de haute pureté (90-98 %) peut être obtenu dans des usines de production d'hydrogène à grande échelle par distillation cryogénique. Le principe utilisé ici est basé sur la condensation partielle des impuretés dans les effluents gazeux générés lors de la production d'hydrogène à basses températures. [2]
Air Liquide, membre de l'IIF, a développé une solution de captage du CO2 appelée Cryocap. Cryocap™ peut être adapté à une variété de technologies d'Air Liquide telles que le captage de CO₂ provenant de la production d’hydrogène (Cryocap™ H₂) ou d'autres industries (telles que le raffinage, l'acier ou le ciment) de gaz d’échappement concentrés (Cryocap™ FG) ou de centrales électriques à oxycombustion (Cryocap™ Oxy). [3]
Utilisée pour capter le CO2 dans les unités de production d’hydrogène, la technologie Cryocap™ H2 consiste à comprimer et à sécher les gaz d’échappementeffluents gazeux émis durant la production et à les transférer vers une unité cryogénique. Des techniques de condensation partielle et de distillation sont ensuite utilisées pour séparer le CO2 des autres composants. Le résultat obtenu à la sortie de la boîte froide est un flux de CO2 pur et pressurisé. Les gaz non condensés sont recyclés via un système de membranes permettant de récupérer l’hydrogène et les résidus de CO2 restants tandis que l’ensemble des gaz résiduels sont transférés vers les brûleurs du four de reformage. En dernier lieu, le CO2 obtenu est comprimé jusqu’à atteindre une pression supercritique ou liquéfié et stocké à l’état liquide. [4]
L'installation de Port-Jérôme en France, représente le premier déploiement industriel de la technologie Cryocap™ H₂ et est exploitée par Air Liquide depuis 2015. [3] Il en est résulté une augmentation de la récupération d'hydrogène, et plus de 97 % du CO2 du gaz de synthèse est capté.
Améliorer l'efficacité énergétique de la capture cryogénique du carbone
Selon un article de synthèse, les technologies actuelles de captage du carbone présentent des coûts variables selon l'application, par exemple 40-60 USD/tonne de CO2 pour le secteur de l'électricité et 200 USD/tonne de CO2 pour le secteur du ciment. Les auteurs ont rapporté que la consommation d'énergie variait entre 2,4 et 5,2 GJ/tCO2 pour les technologies cryogéniques et entre 2,3 et 9,2 GJ/tCO2 pour les technologies à absorption. [2]
Revcoo, une start-up française, a fait la démonstration d'une technologie de captage du CO2 qui pourrait être plus efficace sur le plan énergétique que les solutions actuellement disponibles. [5] L’une des étapes de leur procédé consiste à extraire l'azote des gaz de combustion, le liquéfier à -196 °C, puis à utiliser l'azote liquéfié pour congeler une partie seulement du CO2 dans un désublimateur. L'énergie froide provenant de 30 % du CO2 à l'état solide est utilisée pour liquéfier le reste du CO2.
En un mot, l’énergie libérée par le CO2 en passant des phases solide et liquide à la phase gazeuse est réinjectée dans le circuit.
Les ingénieurs de Revcoo ont estimé que pour des gaz de combustion contenant une concentration de à 20 % de CO2, leur procédé requiert 350 kWh d’électricité (environ 1,26 GJ) pour capter une tonne de CO2. Une quantité qui grimpe jusqu’à 550-600 kWh (environ 2 GJ) pour une concentration de 10 % de CO2.
Pour plus d'informations sur les technologies de capture cryogénique du carbone, un article de synthèse a été publié dans Journal of Carbon Research.
Sources
[1] IEA (2021), About CCUS, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/about-ccus
[2] Font-Palma, C., Cann, D., & Udemu, C. (2021). Review of cryogenic carbon capture innovations and their potential applications. C, 7(3), 58. https://doi.org/10.3390/c7030058
[3] Cryocap™ Carbon Capture Technology. https://www.engineering-airliquide.com/fr/cryocaptm-carbon-capture-technology-way-reduce-carbon-footprint
[4] Cryocap™ H2 – Cryogenic CO2 Separation. https://www.engineering-airliquide.com/cryocap-h2-cryogenic-co2-separation
[5] Geler le CO2 pour le capter : la technologie de la start-up Revcoo fait ses preuves. https://www.usinenouvelle.com/article/geler-le-co2-pour-le-capter-la-technologie-de-la-start-up-revcoo-fait-ses-preuves.N1804907