Mesure critique des processus pour le captage, le stockage et l'utilisation du carbone : première partie

Présentation des processus de capture du carbone

Chaque tonne de dioxyde de carbone (CO₂) capturée et stockée à partir de processus industriels est un pas vers l'atténuation des effets du changement climatique. Un aspect essentiel des projets de séchage, de transport et de séquestration est la mesure précise et continue des variables du processus telles que la pureté, la teneur en oxygène (O₂) et les niveaux d'humidité. Des instruments d'analyse en ligne avancés, tels que les chromatographes en phase gazeuse (GC), les analyseurs d'oxygène et les analyseurs d'humidité, sont utilisés à cette fin. Ces outils offrent de nombreux avantages en termes de processus, de sécurité et d'économie, qui améliorent l'efficacité et la fiabilité des projets de séquestration du CO₂. (Pour en savoir plus sur ces instruments, consultez la deuxième partie de cette série.)

Les initiatives gouvernementales mondiales sur des processus tels que le captage et le stockage du carbone (CSC), le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CUSC) et la bioénergie couplée au captage et au stockage du carbone (BECCS) peuvent jouer un rôle important et diversifié dans la réalisation des objectifs mondiaux en matière d'énergie et de climat. Elles stimulent le besoin d'outils analytiques pour aider à maintenir la qualité et la sécurité de ces projets.

Aperçu du processus

Le CCUS désigne une échelle de processus qui implique la capture du CO₂ provenant de sources industrielles majeures, telles que les usines pétrochimiques ou les centrales électriques, utilisant soit des combustibles fossiles, soit de la biomasse comme combustible. Le CO₂ capturé est généralement traité, comprimé et transporté pour être utilisé dans des industries en aval ou injecté dans des formations géologiques existantes, telles que des réservoirs de pétrole et de gaz épuisés, qui stockeront le CO₂ de manière permanente.

Le BECCS est une série de processus généralement utilisés par les bioraffineries pour décarboner leur processus industriel de biomasse et qui implique la capture et le stockage permanent du CO₂ provenant des usines. Un exemple typique de ce processus est la conversion de matières premières telles que le maïs en éthanol à haut rendement. Les cultures comme le maïs absorbent le CO₂ pendant leur croissance, ce qui constitue donc une méthode directe pour le retirer de l'atmosphère.

Séchage du CO₂

Le CO2 peut être capturé à partir de divers procédés industriels, chacun pouvant potentiellement introduire une échelle de contaminants susceptibles d'affecter la qualité, la sécurité et l'efficacité des opérations en aval. Les contaminants peuvent inclure :

Les contaminants tels que l'humidité peuvent créer toute une série de problèmes. La vapeur d'eau peut se condenser en liquide, se transformer en glace et réagir avec le CO₂ et les composés soufrés pour former des acides agressifs.  Il en résulte notamment la corrosion des surfaces métalliques, le colmatage des canalisations et l'endommagement des pièces mobiles telles que les aubes des compresseurs à grande vitesse.

Aux États-Unis, la majeure partie de la production de bioéthanol repose sur un procédé dit " de broyage à sec ", dans lequel les céréales sont broyées et mélangées à de l'eau pour former une bouillie. Ce procédé est suivi d'autres étapes telles que la fermentation (y compris l'élimination du CO2), la distillation et la déshydratation pour produire de l'éthanol de haute pureté.

En Europe, le bioéthanol est principalement produit à partir de blé, de maïs et de betteraves sucrières, selon des procédés de fermentation " humide " similaires. Au Brésil, la production de bioéthanol repose principalement sur la canne à sucre comme matière première, selon une méthode distincte appelée " broyage de la canne à sucre ". Ce procédé consiste à broyer la canne pour en extraire le jus, qui est ensuite fermenté et distillé pour obtenir de l'éthanol. La dépendance du Brésil à l'égard de la canne à sucre lui confère un bilan énergétique plus efficace grâce à l'utilisation de la bagasse (résidu fibreux) comme source d'énergie dans le processus de distillation.

Au Mexique, la production de bioéthanol est en augmentation, le maïs et la canne à sucre étant les principales matières premières, bien que l'industrie soit encore en développement par rapport au Brésil et aux États-Unis. Dans toutes les régions, le CO₂ éliminé pendant la fermentation est généralement saturé d'humidité et doit être séché dans le cadre de son traitement pour le transport ou le stockage.

La norme européenne relative à la pureté du CO₂ (ISO 27913) spécifie généralement des niveaux d'humidité inférieurs à 500 ppmV, mais de nombreux projets CCS visent des niveaux bien inférieurs. La teneur maximale en humidité admissible varie selon les projets, avec des valeurs nominales d'environ 20 ppmV en fonctionnement normal, mais les seuils d'alarme sont généralement compris entre 70 et 120 ppmV.

Le processus de déshydratation élimine l'humidité du CO₂ afin d'éviter d'endommager les équipements en aval et de réduire la corrosion des pipelines et la formation d'hydrates pendant le transport. Cela s'effectue généralement à l'aide de déshydratants ou de méthodes de réfrigération. Cependant, ces équipements sont très énergivores, ce qui fait de la mesure du point de rosée une technique importante pour garantir une efficacité énergétique optimale et protéger les équipements et les pipelines contre la corrosion.

Transport et stockage du CO₂

Une fois séché, le CO₂ est transporté par pipeline ou par bateau jusqu'au site de séquestration. Le maintien du CO₂ dans un état supercritique (pression et température élevées) améliore l'efficacité du transport.

Sur le site de séquestration, le CO₂ est injecté dans des formations géologiques telles que des champs pétrolifères épuisés, des aquifères salins ou des formations basaltiques. Il est essentiel de garantir la pureté du CO₂ et de surveiller les polluants afin d'éviter toute contamination de l'environnement et d'assurer l'intégrité du stockage à long terme.

Résumé

La mise en œuvre de chromatographes en ligne et d'analyseurs d'oxygène et d'humidité dans les projets de séchage, de transport et de séquestration du CO2 offre des avantages significatifs en termes de processus, de sécurité et d'économie. Ces instruments assurent une surveillance et un contrôle continus en temps réel, garantissant que le CO₂ reste dans des limites de pureté optimales et dans les spécifications de teneur en O₂ et en humidité. Cela permet non seulement d'améliorer l'efficacité et la qualité des processus, mais aussi de garantir la sécurité et la longévité des infrastructures, de réduire les coûts d'entretien et d'assurer la conformité réglementaire. Grâce à l'intégration de ces outils analytiques avancés, les projets de séquestration du CO2 peuvent atteindre des niveaux plus élevés de fiabilité, de sécurité et de viabilité économique, contribuant ainsi efficacement aux efforts de lutte contre le changement climatique.

Dans la deuxième partie, nous examinerons plus en détail les techniques analytiques utilisées pour vérifier la pureté du CO₂ capturé, détecter les contaminants et prévenir toute activité corrosive ou dangereuse.

Informations utiles

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Ressources

Loi américaine sur les infrastructures et l'emploi : investissements dans la capture, l'utilisation et le stockage du carbone

Séquestration du CO2 chez Blue Flint Ethanol

Élimination du carbone et agriculture carbone dans l'UE

Production de biométhane dans l'UE

Norme européenne relative à la pureté du CO₂ (ISO 27913)