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Captage du CO2

Déploiement industriel du captage du CO₂ c'est :

contribuer à la réduction, à la source, des émissions de gaz acides

développer des procédés de captage en postcombustion et oxycombustion (notamment CLC – Chemical Looping Combustion)

en réduire les coûts

Captage postcombustion

Le captage en postcombustion consiste à séparer le CO₂ des autres constituants des fumées (vapeur d'eau, azote, etc.). Dans ce domaine, IFP Energies nouvelles travaille principalement sur les procédés de captage par solvant chimique, qui ont un fort potentiel de réduction des coûts et peuvent être implantés sur des centrales existantes, pour autant que leur rendement initial (sans captage) soit suffisamment élevé, de l'ordre de 45 %.

Procédés par solvant chimique

Cette voie repose sur l'adaptation des procédés déjà développés par IFP Energies nouvelles pour la désacidification du gaz naturel. Ainsi, IFP Energies nouvelles dispose d'un procédé de première génération, HiCapt, dont le solvant est la MEA (monoéthanolamine), capable de répondre aux exigences techniques de la séparation du CO₂ dilué dans des fumées à basse pression, produites par les centrales thermiques.
Le procédé peut également s'appliquer au captage du CO₂ dans les gaz émis par les fours de cimenteries ou par les hauts-fourneaux en sidérurgie. Une version optimisée du procédé, utilisant en particulier des additifs antidégradation très performants, fera prochainement l'objet d'un test sur pilote industriel avec l'italien Enel, partenaire d'IFP Energies nouvelles.

Solvants démixants

Un deuxième axe de recherche exploré par pour le captage en postcombustion vise à identifier de nouveaux solvants nécessitant moins d'énergie de régénération et compatibles avec les contraintes environnementales. Les travaux menés en 2009 ont conduit à retenir le procédé par solvants démixants, qui fait l'objet de brevets IFP Energies nouvelles. Il s'agit d'un procédé de rupture destiné à diminuer très significativement le coût du captage. La démixtion contrôlée permet de n'envoyer au générateur que l'amine qui a réagi : on réduit ainsi fortement l'énergie nécessaire à sa régénération par chauffage. Un gain supplémentaire est obtenu par une régénération en pression de l'amine, qui permet de réduire le coût énergétique de la compression du CO₂.

Oxycombustion

La combustion à l'oxygène ou oxycombustion est une autre filière permettant un captage aisé du CO₂. En l'absence d'azote, les produits de combustion sont constitués essentiellement d'eau et de CO₂. On obtient alors, par simple condensation de l'eau, des fumées concentrées à 90 % en CO₂. Mais la combustion à l'oxygène génère des températures très élevées (jusqu'à 2 000 °C) et entraîne des points chauds si le fonctionnement du foyer n'est pas parfaitement optimisé. Dans le cadre du projet ANR TACoMA coordonné par GDF Suez, IFP Energies nouvelles développe un nouveau concept de foyer d'oxycombustion sans flamme, à recycle interne, pour la combustion de fiouls lourds. Ces travaux permettront la validation d'outils de calcul pour dimensionner une unité industrielle.

Combustion en boucle chimique

IFP Energies nouvelles travaille également sur la technologie de combustion en boucle chimique dite CLC (Chemical Looping Combustion), qui permet de s'affranchir de l'étape de séparation de l'oxygène de l'air, coûteuse en énergie. L'apport d'oxygène est réalisé via un oxyde métallique, alternativement oxydé à l'air et réduit par le combustible, lequel est directement converti en CO₂ et en eau. En partenariat avec Total Gaz & Énergies Nouvelles, IFP Energies nouvelles a conçu et réalisé une unité pilote CLC, où il met en œuvre son expertise des lits fluidisés. Ces travaux doivent conduire, à brève échéance, au dimensionnement d'une unité de démonstration. En outre, fort des résultats obtenus dans le cadre du projet ANR CLCmat, IFP Energies nouvelles s'est engagé dans un travail de fond pour l'identification et le développement de nouveaux oxydes métalliques adaptés au procédé CLC, en partenariat avec des industriels majeurs du domaine des matériaux.

Par ailleurs, la production d'oxygène à bas coût pour la gazéification ou l'oxycombustion gazeuse reste un défi qu'IFP Energies nouvelles contribue à relever en développant un nouveau concept de réacteur rotatif utilisant un monolithe enduit d'adsorbant pour séparer l'oxygène de l'air. Ce travail, lancé en 2008 dans le cadre du projet européen Decarbit, en partenariat avec Air Liquide et Sintef, va se poursuivre avec le développement de matériaux adsorbants.

Captage en précombustion

Enfin, IFP Energies nouvelles s'investit dans la recherche de nouveaux procédés de production d'énergie, passant par la production de gaz de synthèse et d'hydrogène et intégrant le captage de CO₂. Le captage en précombustion consiste à éviter de brûler des hydrocarbures en les transformant préalablement en gaz de synthèse, mélange de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène et d'eau. Puis, lors d'une étape de conversion, le CO réagit avec l'eau pour former du CO₂ et de l'hydrogène complémentaire, qui sont ensuite séparés. Le CO₂ peut alors être comprimé et stocké.