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Une technologie de pointe avec des piles à combustible à carbonate pour le captage et le stockage du CO2

Les technologies de pointe économiques et durables permettant le captage du dioxyde de carbone chez les grands émetteurs comme les centrales électriques sont une part importante des recherches ExxonMobil pour trouver des techniques de faible émission afin de réduire les risques posés par le changement climatique. 

Le captage et le stockage du carbone (Carbon Capture and Sequestration, CCS) est un processus permettant de capter et de stocker le dioxyde de carbone qui serait autrement dégagé dans l’atmosphère ; il est ensuite comprimé et injecté dans des formations géologiques pour stockage permanent. ExxonMobil est un leader des applications CCS, ayant acquis une grande expérience, au cours des trois dernières décennies, dans toutes les technologies sous-tendant le CCS. L’entreprise a notamment participé à plusieurs projets d’injection de dioxyde de carbone. En 2015, ExxonMobil a capté 6,9 millions de tonnes de dioxyde de carbone à des fins de stockage, l’équivalent de l’élimination des émissions annuelle de GES de plus d’un million de voitures.

Parce que nous estimons que la meilleure opportunité de déploiement de la technologie CCS se situera dans le secteur des centrales électriques alimentées au gaz naturel, ExxonMobil, avec son partenaire FuellCell Energy, Inc., met en avant une nouvelle technologie susceptible de perfectionner l’efficacité et la rentabilité du CCS de manière significative pour les grandes centrales électriques au gaz. Pour atteindre une réduction substantielle des émissions de GES, il sera nécessaire de déployer une large palette de solutions, et ExxonMobil estime que le CCS possède le potentiel requis pour jouer un rôle important dans le contrôle des émissions.

Technologie des piles à combustible à carbonate liquide : meilleur rendement, plus d’énergie, moins de dioxyde de carbone

Les scientifiques ExxonMobil ont cherché à mettre au point une nouvelle technologie réduisant les coûts associés aux processus CCS actuels, en augmentant la quantité d’électricité produite par une centrale, tout en apportant une réduction significative des émissions de dioxyde de carbone. Au cœur de la technologie ExxonMobil se trouve la pile à combustible à carbonate liquide.

Les essais de laboratoire ont montré que l'unique combinaison des piles à carbonate avec la production d’électricité au gaz naturel, permet de capter le dioxyde de carbone plus efficacement que les technologies de captage classique actuelles. Au cours du processus de captage classique, un produit chimique réagit avec le dioxyde de carbone et l’extrait des gaz d’échappement de la centrale. On utilise alors la vapeur qui servira à propulser une turbine pour séparer le dioxyde de carbone du produit chimique ; on diminue donc la quantité d’énergie que la centrale peut produire. 

L’utilisation de piles à combustible pour le captage du dioxyde de carbone permet aussi une extraction plus efficace du dioxyde de carbone issu de l’échappement de la centrale, mais avec un meilleur rendement en électricité. Les gaz d’échappement de la centrale sont dirigés vers la pile à combustible, remplaçant l’air qui est normalement utilisé avec le gaz naturel au cours du processus de production d’énergie électrique. Au fur et à mesure que la pile à combustible produit de l’énergie, le dioxyde de carbone devient de moins en moins concentré, ce qui permet de le capter plus aisément et économiquement dans l’échappement de la pile, et de le stocker. Les recherches effectuées par ExxonMobil montrent qu’une centrale électrique de 500 mégawatts utilisant une pile à combustible à carbonate peut produire 120 MW d'énergie en plus, alors que les technologies de CCS actuellement utilisées consomment environ 50 MW d’énergie.

Les recherches ExxonMobil indiquent qu’en appliquant cette nouvelle technologie, plus de 90% des émissions de CO2 d'une centrale au gaz naturel pourraient être captés. Le gaz naturel présente d’ores et déjà la plus faible intensité en carbone des sources d’énergie principales.

De plus, la technologie des piles à combustible a le potentiel de dégager des volumes d’hydrogène significatifs. Les simulations suggèrent que cette nouvelle technologie est capable de produire 4 250 000 mètres cubes d’hydrogène par jour, tout en captant le dioxyde de carbone d’une centrale électrique de 500 MW. Pour mettre ces chiffres en contexte, une usine d'hydrogène par reformage du méthane à la vapeur produit environ 3 540 000 de mètres cubes par jour. Qui plus est, le gaz de synthèse (syngas), composé d’hydrogène et de monoxyde de carbone, peut être transformé en d’autres produits utiles tels que le méthane, les oléfines ou d’autres hydrocarbures de poids moléculaire supérieur, qui peuvent servir de carburants pour le transport ou les lubrifiants.

Prochaines étapes du développement

ExxonMobil a évalué un certain nombre de technologies de captage du carbone pendant de nombreuses années et estime que la technologie des piles à combustible à carbonate offre un fort potentiel. Les capacités de cette technologie ont été démontrées en laboratoire, et les données obtenues au cours de ces simulations sont actuellement en cours d’analyse. Une évolution future de cette technologie nécessitera un examen plus détaillé de chacun des composants du système, et l’optimisation du système dans son ensemble.

Le partenariat entre ExxonMobil et FuelCell Energy, Inc. porte d’abord sur une meilleure compréhension de la science fondamentale qui a mené aux piles à combustible à carbonate, ainsi que sur la manière d’augmenter l’efficacité de la séparation et de la concentration du dioxyde de carbone extrait de l’échappement des turbines alimentées au gaz naturel. La technologie fera ensuite l’objet d’essais plus complets au cours d’un projet pilote à petite échelle avant intégration dans une usine pilote à plus grande échelle, ce qui est actuellement à l’étude.

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