Montée en TRL. L’Ifpen et TotalEnergies ont annoncé, le 2 février, la construction d’une unité de démonstration de combustion en boucle chimique (CLC) sur le site de l’usine de chaudière chinoise Dongfang Boiler Group Co. (DBC), à Deyang en Chine, dans le cadre du projet sino-européen CHEERS.
Cette unité de 10 kilowatt (KW) permettra de valider les performances de cette technologie de captage de CO2, encore jamais éprouvée à l’échelle industrielle. « C’est la plus grande unité de démonstration au monde de cette technologie de captage de carbone au monde ! » souligne Stéphane Bertholin, ingénieur de recherche et chef du projet à l’Ifpen. Pour cette « première mondiale », l'investissement s’élève à près de 10 millions d'euros, auxquels s’ajoutent les 10 millions d'euros investis en amont dans les activités de recherche et de développement, d’après les chiffres des partenaires du projet. Les essais devraient débuter en 2023.
Le défi : produire de l'oxygène
La technologie CLC de l’Ifpen et de TotalEnergies appartient à la famille dite d’« oxycombustion ». Son principe ? Réaliser la combustion d’hydrocarbures ou de biomasses en présence d’oxygène pur (et non pas en présence d’air), ce qui permet d’obtenir des fumées plus concentrées en CO2. L’oxycombustion se distingue donc de la famille de captage de CO2 la plus connue : la « postcombustion». Cette dernière consiste à récupérer des fumées des usines ou centrales à la fin du process afin de les « laver » de leur CO2 avant de les relarguer dans l’atmosphère. « La vocation première de l’oxycombustion n’est pas de capter le carbone, c’est de produire de l’énergie (chaleur ou électricité). Mais il se trouve que, par son mécanisme, cette technologie nous permet aussi de capter le CO2 », précise Stéphane Bertholin.
Autrement dit, c’est la production d’oxygène qui représente le défi technologique majeur pour l'oxycombustion, et non pas le captage à proprement parler. Et pour cause : les fumées à la sortie d’un procédé en oxycombustion sont uniquement composées de CO2 (à hauteur de 90 %) et de vapeur d’eau. « Il suffit alors de condenser l’eau pour récupérer le dioxyde de carbone », explique le spécialiste.
Pour produire cet oxygène, l’Ifpen n'a pas recourt à la variation de la température – la cryogénie est la technologie la plus mature –, mais tire profit du principe d’oxydation et de réduction du métal. Dans un premier réacteur (le réacteur air) se trouvent des oxydes métalliques (cuivre, fer ou manganèse), d’une taille comprise entre 200 et 300 microns. « Ils sont sous forme de poudre, ce qui nous permet de les fluidiser, et donc de les mettre au contact de l’air », raconte l’ingénieur de recherche. Le tout, à haute température. « Comme nous sommes autour de 1000°C, les particules vont se charger en oxygène (c’est-à-dire s’oxyder) en quelques secondes seulement », continue-t-il.
Ces particules passent ensuite dans un cylindre qui permet de séparer un gaz d’un solide : le solide est plaqué sur les parois, tandis que le gaz reste au centre et remonte. « Cela nous permet de récupérer uniquement les particules chargées en oxygène, et pas l’azote », commente Stéphane Bertholin.
Un captage de carbone intrinsèque au procédé
Ces particules vont ensuite tomber dans un second réacteur (le réacteur fuel) : « C’est ici que se déroule l’oxycombustion à proprement parler. Comme il n’y a pas d’oxygène du tout dans ce réacteur, les oxydes vont libérer leurs molécules d’oxygène et c’est cet oxygène libéré qui va servir à brûler l’hydrocarbure », déroule le chef de projet. Les particules sont ensuite renvoyées dans le réacteur air, pour démarrer un nouveau cycle.
La fumée – uniquement composée de CO2 et d’eau – est condensée, et le CO2 peut ainsi être récupéré. « L’un des gros intérêts de cette technologie, c’est qu’on va obtenir du CO2 pur sans avoir à ajouter un équipement spécial. La séparation est intrinsèque au procédé, il n’y a donc pas de pénalité énergétique », insiste M. Bertholin.
