Une technologie bon marché pour recycler le CO2 des gaz de combustion ? 

Pas cher ? Lorsqu’on entend ce mot dans le contexte du captage du dioxyde de carbone, on a immédiatement envie de vérifier de quoi parle exactement l’interlocuteur. Souvent, sous « bon marché », on entend de faibles coûts d'investissement, en oubliant les coûts d'exploitation, ou vice versa. Ou bien, cela signifie généralement réduire le coût des épurateurs aux amines relativement coûteux. Comprenons sans illusions.

Où se situe le « bon marché » ? Le démonter pièce par pièce

Mis à part le marketing, la clé de l’économie réside dans la source du gaz.Gaz de combustionprovenant d'une centrale thermique ou d'une cimenterie - ce n'est pas du CO2 pur. Il y a 10 à 25 % de dioxyde de carbone, le reste est constitué d'azote, d'oxygène, d'humidité et, surtout, d'impuretés : SOx, NOx, poussière. La première et la plus chère étape de tout programme « bon marché » la technologie est le pré-nettoyage. Si vous l'ignorez, vous ne pourrez pas aller plus loin : les catalyseurs seront empoisonnés, les absorbants se dégraderont. J'ai vu des installations où les tentatives d'économiser de l'argent sur le nettoyage ont conduit au fait qu'au bout de six mois, les adsorbeurs se sont transformés en une masse inutile. Les investissements en capital sont tombés à zéro.

Par conséquent, lorsqu’ils parlent de prix bas, je demande toujours : « Qu’est-ce qui est inclus dans le prix ? Souvent dans les projets pilotes, le coût de l’élimination n’est considéré qu’au stade de l’absorption/adsorption, « oubli ? sur la préparation du gaz, la compression, le stockage et la logistique du produit obtenu. C'est dans l'ensemble de la chaîne que se situent les principaux coûts. La technologie à faible coût est celle qui minimise les coûts tout au long de la chaîne, plutôt qu’au niveau d’un seul maillon.

Un autre point est la consommation d’énergie. Le lavage aux amines est coûteux en raison de l’énorme chaleur nécessaire pour régénérer la solution. Alors, « pas cher ? » l'alternative doit soit réduire radicalement cette énergie, soit utiliser la chaleur perdue de la même usine. Par exemple, utiliser une chaleur de faible intensité pour régénérer de nouveaux types d’absorbants ou travailler sur les principes de l’adsorption modulée en pression (PSA/VSA), qui est pourtant aussi « gourmande » ? pour la compression.

Minéralisation : beaucoup de bruit et un résultat pierreux

Une tendance très en vogue, qui est souvent présentée comme une panacée. L’idée est simple : lier le CO2 en carbonates à l’aide de déchets (scories, cendres) ou de silicates naturels. La technologie peut en fait être peu coûteuse à exploiter si les matières premières traînent. Mais ici, nous nous heurtons à la cinétique. Le processus naturel de carbonatation géologique dure des milliers d’années. Pour l'accélérer à l'échelle industrielle, vous avez besoin soit d'une pression et d'une température élevées (encore une fois de l'énergie !), soit de catalyseurs/activateurs coûteux.

Nous avons participé à un projet de recyclage du CO2 à partir de scories d'acier. Les tests en laboratoire étaient encourageants. Mais lors de la mise à l'échelle, des problèmes sont apparus : l'hétérogénéité de la composition des scories d'un lot à l'autre, la nécessité de son broyage le plus fin (consommation d'énergie), et surtout, la difficulté d'organiser un contact continu du gaz avec la matière solide dans le réacteur. Le résultat était soit un faible rendement, soit un rendement énorme et « cher ». réacteur. Le produit - les carbonates - peut théoriquement être vendu, mais le marché pour de tels volumes dans la région s'est avéré illusoire. Le projet est resté bloqué au stade de l'installation pilote. Une expérience précieuse, mais pas une avancée technologique.

Conclusion sur la minéralisation : Il s'agit d'une méthode d'élimination potentiellement peu coûteuse, mais pas de captage. Il convient aux applications ponctuelles où se trouvent une source de CO2, une source de silicate et un consommateur de carbonate à proximité. Pour les gaz de combustion typiques d’une centrale thermique, cela reste difficile et pas toujours rentable.

Voies biologiques : algues et plus encore

C'est peut-être le plus « naturel » ? et médiatiquement attractive. Cultivez des algues en utilisant du CO2, puis utilisez-les comme biocarburant, aliments pour animaux et engrais. Cela ressemble à un cycle parfait. La réalité est plus dure. Le principal poste de coût n’est pas le bioréacteur lui-même, mais la préparation du gaz. Les algues sont très sensibles aux impuretés, notamment aux oxydes de soufre et d’azote. Servez-les directementgaz de combustion- signifie tuer la culture. Presque le même nettoyage en profondeur est requis que pour les méthodes chimiques.

Vient ensuite la lumière. Pour une productivité élevée, vous avez besoin d’une grande surface et d’un bon éclairage (la lumière artificielle consomme toute l’économie). Plus contrôle de la température, du pH et des nutriments. En conséquence, le coût du captage d’une tonne de CO2 via les algues dans les climats tempérés est prohibitif. L'économie ne peut être sauvée que par le coût élevé du bioproduit final (par exemple pour les produits pharmaceutiques). Pour l’utilisation massive du carbone issu des centrales thermiques, cela n’est pas encore une option.

Il existe des méthodes biologiques plus banales, comme l’utilisation du CO2 dans les serres pour intensifier la croissance des plantes. Il s'agit d'une pratique très efficace et relativement peu coûteuse, mais l'ampleur du recyclage est limitée par la superficie des serres et la saisonnalité.

Membranes et adsorbants : une course tranquille de matériaux

C'est là que se déroulent actuellement les principaux travaux de recherche, visant notamment à réduire les coûts. L’idée est de remplacer la récupération des amines, gourmande en énergie, par une séparation plus facile à l’aide de nouveaux matériaux. Membranes céramiques et polymères, MOF (metal-organic frameworks), matériaux poreux en carbone, la liste est longue.

Les systèmes hybrides présentent un intérêt pratique. Par exemple, n'essayez pas de séparer le CO2 pur des gaz de combustion, mais utilisez des membranes pour obtenir un mélange riche (disons 50 à 70 % de CO2), qui peut ensuite être utilisé dans des processus technologiques qui ne nécessitent pas une grande pureté. Cela réduit les coûts de finition et de compression. Je connais le travail de collègues chinois, par exemple deChengdu Yizhi Technology Co.(leur site Internet esthttps://www.yzkjhx.ru). Cet institut de conception, créé sur la base de la technologie Huaxi, travaille activement sur les technologies de séparation des gaz et de récupération des ressources. Leur portefeuille comprend des solutions où le pré-enrichissement membranaire est combiné à une étape finale de post-traitement, entraînant un gain énergétique total. Ils ne promettent pas de « bon marché » ? comme un mot magique, mais ils parlent d'optimisation du coût total de possession pour un client spécifique. C'est une approche honnête.

Le problème avec les nouveaux adsorbants et membranes est le vieillissement et le tartre. L’efficacité d’un laboratoire en grammes et une usine pilote traitant des milliers de mètres cubes par heure sont deux choses très différentes. Comment le matériau se comportera-t-il après 10 000 cycles d’adsorption-désorption dans un flux de gaz réel non purifié ? Souvent, la réponse ne vient que grâce à de longs tests industriels. Et c’est un domaine à risque pour l’investisseur.

Alors, quel est le résultat final ? Vue depuis l'atelier

Universel ?pas cher ? la technologie pour tousgaz de combustionnon et probablement pas. Tout dépend de l'emplacement. Une solution bon marché est une solution personnalisée, adaptée à un tuyau spécifique. Quelque part, il existe un accès à une chaleur bon marché pour la régénération - vous pouvez penser aux fluides avancés. Quelque part à proximité se trouvent une carrière et un marché de pierre concassée - cela vaut la peine d'envisager la minéralisation. Il existe quelque part un réseau de gazoducs – on peut envisager des membranes pour produire du CO2 commercial.

La plus grande leçon pratique que j’ai apprise est la suivante : ne commencez pas par choisir une technologie. Commencez par une analyse approfondie du gaz (non pas selon le passeport, mais basée sur des mesures réelles dans différents modes de fonctionnement de la chaudière) et par une compréhension claire de ce que vous ferez du CO2 résultant. Vendre, télécharger, stocker ou utiliser localement ? L’économie dépend à 80 % de cette réponse.

Et encore une chose. Souvent « bon marché » ? ne réside pas dans une technologie de pointe, mais dans une intégration compétente. Utilisation de chaleur de faible qualité, utilisation des infrastructures existantes, synergie avec d'autres processus de l'usine. Parfois, une simple modernisation des échangeurs de chaleur et une optimisation du mode de combustion donnent un plus grand effet en termes de réduction des émissions par rouble de coût qu'un système de captage complexe. Mais pour une raison quelconque, ils en parlent moins.

Par conséquent, je répondrais ainsi à la question du titre : il existe des technologies bon marché, mais elles ne sont pas sur les étagères. Ils sont créés par des ingénieurs et des technologues pour une tâche spécifique, combinant des solutions connues, en tenant compte des conditions locales et de l'économie réelle et non papier. Et dans ce processus, l'expérience d'instituts d'application tels que celui mentionnéChengdu Yizhi Technology Co., qui fonctionne depuis 2013 et dispose d'un capital autorisé important, a souvent plus de valeur que les découvertes de laboratoire de grande envergure. Ils examinent le problème depuis la fin - depuis le produit et son coût, et c'est la bonne voie vers ce même « bon marché ».