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Captage, stockage et utilisation du CO2   
Nos solutions

Captage en postcombustion : le solvant demixant

Le procédé DMX™ développé par IFPEN est un procédé de seconde génération permettant de réduire la consommation énergétique du captage en postcombustion. Le projet de démonstration sur un pilote industriel à Dunkerque a été lancé au mois de mai 2019.

Image Solutions CCUS
Unité pilote du procédé DMX

« Le procédé DMX™ est dédié au captage du CO2 dans les émissions des installations industrielles : centrales thermiques au charbon, cimenteries, aciéries…Il vise à améliorer les performances des procédés classiques aux amines, qui présentent une forte consommation d’énergie pour la régénération du solvant. Nous ciblons un gain énergétique de 30 à 40 %. Notre solution repose sur un solvant à très grande capacité cyclique qui décante en deux phases, et dont seule la phase la plus riche en CO2 est envoyée à la régénération. La stabilité chimique du solvant DMX™ permet également d’opérer cette régénération en température et donc de produire le CO2 à pression plus élevée (jusqu’à 6 bar.eff). On peut ainsi économiser deux étages de compression par rapport aux procédés classiques.  Les essais réalisés sur mini-pilote sur notre site de Solaize ont montré l’efficacité du procédé DMX™ à petite échelle et sur du gaz synthétique.
Nous avons à présent engagé une démonstration à l’échelle du pilote industriel sur du gaz sidérurgique réel, en partenariat avec ArcelorMittal, Total et Axens. »

  Paul Broutin 
Paul Broutin, chef de projet, IFPEN

 

 

La démonstration du procédé DMX™ sur pilote industriel va se dérouler dans le cadre d’un projet européen, « 3D » (pour DMX™ Demonstration at Dunkirk), coordonné par IFPEN, et regroupant 10 autres partenaires de la recherche et de l’industrie issus de 6 pays européens. « 3D » fait partie du programme pour la recherche et l’innovation de l’UE, Horizon 2020 et s’inscrit dans une étude plus globale consacrée au développement du futur pôle européen de captage-stockage du CO2 de Dunkerque-Mer du Nord. 

IFPEN contribue dans ce domaine à un autre projet du programme Horizon 2020 : le projet Strategy CCUS (Carbon Capture Usage and Storage), lancé pour 3  ans le 13 mai 2019, vise à élaborer des plans stratégiques pour le développement du CCUS en Europe du Sud et de l’Est et à réfléchir à la construction d’une infrastructure CCUS à l’échelle européenne. Les équipes d’IFPEN apportent leur expertise dans l’évaluation technico-économique des différents scénarios de développement de ce projet, y compris l’évaluation des externalités environnementales. 
 

Captage en oxycombustion : la combustion en boucle chimique

IFPEN développe également un procédé novateur de captage du CO2 utilisant la combustion en boucle chimique (CLC pour Chemical Looping Combustion). Ces travaux sont menés en partenariat avec Total depuis 2008. L’enjeu est de passer à l’échelle supérieure avec le projet sino-européen H2020 Cheers.

Pilote CLC IFPEN/Total à IFPEN-Lyon
Pilote CLC IFPEN/Total à IFPEN-Lyon

« La combustion en boucle chimique consiste à concentrer le CO2 directement dans les fumées de combustion (concentration supérieure à 90 %) pour faciliter sa séparation des autres composants. On utilise pour cela un oxyde métallique qui, au contact de la charge (gaz naturel, charbon, petcoke, biomasse, etc.), libère l’oxygène nécessaire à la combustion, produisant des effluents uniquement composés de vapeur d’eau et de CO2 : il est alors facile d’isoler le CO2 par simple condensation de la vapeur d’eau. Le grand avantage de ce procédé est de parvenir à cette séparation sans étape additionnelle, et donc de présenter un meilleur bilan énergétique que ses concurrents. Nos travaux de recherche, menés en partenariat avec Total depuis 2008, ont fait l’objet de nombreux brevets et sont validés grâce à plusieurs maquettes froides et sur un pilote de 10kW, sur notre site de Lyon.

Il reste aujourd’hui à démontrer sa performance à grande échelle : c’est l’objet du projet Cheers. Parallèlement, nous poursuivons nos travaux sur l’oxyde métallique utilisé dans le procédé : nous nous sommes récemment dotés d’un atomiseur de grande taille permettant de produire des particules optimisées pour la technologie. Les premiers lots produits en fin d’année 2018 sont déjà prometteurs pour la suite du projet. »

Stéphane Bertholin

Stéphane Bertholin, chef de projet CLC, IFPEN

 


La CLC, de quoi parle-t-on ?

Schéma CLC

> Télécharger l'animation (PPSX - 1,7 Mo)
 

Trois questions à…

David Nevicato 

 David Nevicato, CCUS Research Program Manager CO2/CCS, Direction Stratégie Innovation, Total

 

Quel est l’engagement de Total dans le CCUS ? 

Total est depuis longtemps engagé dans le développement de la technologie CCUS afin d’éliminer les émissions de gaz à effet de serre. Nous avons acquis une expertise industrielle dans ce domaine grâce à plusieurs projets :

  • sur les champs pétroliers de Snøhvit et Sleipner (Mer du Nord), où le CO2 a été capté lors du traitement des gaz et réinjecté dans un aquifère salin profond,
  • sur le pilote de Lacq entre 2010 et 2016, qui a permis l’injection de 51 000 tonnes de CO2. Ce projet de démonstration intégré CCS comprenait :
    • une étape de captage utilisant une chaudière d'oxycombustion gaz de 30 MW sur le site même de Lacq,
    • le stockage du CO2 capté dans un ancien champ de gaz au sud de Pau,
    • une période de surveillance du réservoir et de son environnement jusqu'en 2017,
    • l’association des populations concernées par la proximité du stockage de CO2, qui a permis de mener à bien le projet.
       

Quels sont les enjeux de la technologie CLC pour Total ?

Utiliser des charges à bas prix pour produire de la vapeur ou de l’électricité pour nos sites industriels, et en même temps limiter l’impact sur l’environnement sont des atouts indéniables pour décider d’investir dans la construction d’une unité CLC.
Aujourd’hui, les développements ne sont pas terminés et nous devons encore démontrer ses performances et sa fiabilité : la technologie CLC reste complexe même si elle est proche de technologies plus matures comme celle du FCC (Fluid Catalytic Cracking) ou des CFB (Chaudière à lit circulant).

Quels sont les bénéfices de la collaboration Total/IFPEN ?

Total s’intéresse à la CLC depuis 2005 et le partenariat avec IFPEN a commencé en 2008. Nous travaillons ensemble sur toute la chaîne de développement de la technologie :

  • depuis la phase initiale de recherche (TRL<2),
  • jusqu’à la phase de démonstration (TRL 7 à la fin du projet CHEERS),
  • il faudra probablement envisager ensuite une phase avec une unité de taille pré-commerciale d’une puissance supérieures à 100 MW (TRL 9).​​​
     

Nous pouvons compter sur plusieurs atouts des équipes d’IFPEN à nos côtés :

  • ses ingénieurs ont les compétences pour développer la technologie dans son ensemble : connaissance des matériaux, comme le porteur d’oxygène pour le CLC, et des procédés complexes comme les lits fluidisés. Depuis maintenant dix ans, IFPEN a maintenu l’effort de recherche, avec des compétences d’un haut niveau scientifique,
  • sa capacité à conduire un développement du laboratoire jusqu’au stade pré-industriel : peu de centres de recherche ont cette expertise !
     
    Le partenariat entre les équipes d’IFPEN et celles de Total sur ce projet est d’autant plus efficace qu’il est à la fois technologique et humain : le chef de projet CLC de Total a réalisé son doctorat au sein des laboratoires d’IFPEN, j’y vois la première clé de la réussite de notre collaboration. La deuxième clé repose sur le fait qu’IFPEN et Total forment une équipe avec une stratégie partagée, qui ne parle que d’une seule voix quand nous nous associons avec d’autres partenaires, comme actuellement dans le projet Cheers. »


Sécuriser le stockage du CO2

Issu des travaux d’IFPEN sur le stockage du CO2, le logiciel CooresFlow en est aujourd’hui au stade du prototype. Développé à l’écoute des besoins des industriels, en partenariat avec un pétrolier et un stockeur de gaz et sur la base de cas concrets, il se positionne comme une solution intégrée couvrant toutes les étapes de la vie d’un stockage.

« CooresFlow permet de simuler en 3D non seulement les écoulements de fluides, mais aussi le transport des espèces chimiques via ces fluides et les interactions entre la roche et les fluides. On peut ainsi prédire à la fois :

  • l’évolution de la composition des fluides et du milieu poreux,
  • et son impact sur les écoulements.

Notre logiciel se distingue sur le marché par :

  • son interface intégrée, qui permet la fois de créer un modèle, de lancer une simulation et de visualiser les résultats,
  • ainsi que par sa flexibilité,
  • et sa performance de calcul : il offre notamment la possibilité de réaliser des maillages complexes avec un raffinement évolutif au cours du temps.
     
Simulation injection CO2

Son large périmètre d’utilisation le dédie aussi bien au travail en laboratoire qu’au terrain, de l’échelle du puits à celle du site, voire du bassin.

CooresFlow peut être utile :

  • dans les phases de sélection et de conception des sites de stockage, afin de limiter les risques,
  • en phase de surveillance pendant et après la phase d’injection, pour :
    • aider à positionner les outils de monitoring,
    • adapter la fréquence des mesures,
    • simuler le devenir du CO2 stocké en mettant à jour le modèle de transport réactif à partir de ces mesures. »
       

Aurdrey Estublier

 Audrey Estublier, chef de projet stockage du CO2, IFPEN

 

 

Surveiller le stockage du CO2 : les outils de surveillance environnementale

Lire l'article "Surveillance environnementale"

 

Contact

Florence Delprat-Jannaud

  • Responsable des programmes : "Captage du CO2", et "Gestion du sous-sol pour les NTE".