Production d'hydrogène à partir de déchets par pyrogazéification
La pyrogazéification en quelques mots :
La pyrogazéification résulte de la rupture thermochimique de longues chaînes de molécules comme la cellulose de bois ou les polymères, en très faible présence d'oxygène (ou en absence s'il s'agit uniquement de pyrogaz), pour obtenir des gaz appelés gaz de synthèse. Ce gaz est un mélange d'hydrogène (H₂), de monoxyde de carbone (CO), de dioxyde de carbone (CO₂) (les concentrations de CO et de CO₂ sont réduites en l'absence d'oxygène), principalement de méthane (CH₂) en faible quantité. Le noir de carbone récupéré (rCB) est obtenu en l'absence d'oxygène ou d'air. L'hydrogène peut être isolé par absorption modulée en pression (PSA), par membrane ou par une combinaison des deux techniques.
Nous pouvons produire de l’hydrogène à partir de multiples sources de déchets ;
1-Biomasse provenant uniquement de la forêt, de l'agriculture (biogénique)
2-La biomasse urbaine comme le papier ou le carton contaminé qui ne peut être recyclé, ou les déchets de bois de construction. (Biogène)
3-Mixte de biomasse urbaine (bois de construction) et de plastiques mixtes (non biogéniques) non recyclables au centre de tri.
Biomasse uniquement :
La gazéification de la biomasse est une technologie éprouvée qui utilise un processus contrôlé impliquant chaleur, vapeur et oxygène pour convertir la biomasse en hydrogène et autres produits, sans combustion. La culture de la biomasse éliminant le dioxyde de carbone de l'atmosphère, les émissions nettes de carbone de cette méthode peuvent être faibles, surtout si elle est associée à la capture, à l'utilisation et au stockage du carbone à long terme. Des usines de gazéification pour biocarburants sont en cours de construction et d'exploitation et peuvent fournir des bonnes pratiques et des enseignements pour la production d'hydrogène.
Qu'est-ce que la biomasse ?
La biomasse, ressource organique renouvelable, comprend les résidus de cultures agricoles (comme les tiges de maïs ou la paille de blé), les résidus forestiers, les cultures spécifiques à des fins énergétiques (comme le panic raide ou le saule), les déchets solides municipaux organiques et les déchets animaux. Cette ressource renouvelable peut être utilisée pour produire de l'hydrogène, ainsi que d'autres sous-produits, par gazéification.
Comment fonctionne la gazéification de la biomasse ?
La gazéification est un procédé qui convertit des matières carbonées biogéniques ou non biogéniques à haute température (> 700 °C), sans combustion, avec une quantité contrôlée d'oxygène et/ou de vapeur en monoxyde de carbone, hydrogène et dioxyde de carbone. Le monoxyde de carbone réagit ensuite avec l'eau pour former du dioxyde de carbone et plus d'hydrogène via une réaction de conversion eau-gaz. Des adsorbeurs ou des membranes spéciales peuvent séparer l'hydrogène de ce flux gazeux.
Exemple simplifié de réaction
C6H12O6 + O2 + H2O → CO + CO2 + H2 + autres espèces
Remarque : La réaction ci-dessus utilise le glucose comme substitut de la cellulose. La biomasse présente une composition et une complexité très variables, la cellulose étant l'un des principaux composants.
réaction de décalage eau-gaz
CO + H2O → CO2 + H2 (+ petite quantité de chaleur)
La pyrolyse est la gazéification de la biomasse en l'absence d'oxygène. En général, la biomasse ne se gazéifie pas aussi facilement que le charbon et produit d'autres composés hydrocarbonés dans le mélange gazeux sortant du gazéifieur ; c'est particulièrement vrai en l'absence d'oxygène. Par conséquent, une étape supplémentaire est généralement nécessaire pour reformer ces hydrocarbures avec un catalyseur afin d'obtenir un mélange de gaz de synthèse propre composé d'hydrogène, de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone. Ensuite, comme dans le procédé de gazéification pour la production d'hydrogène, une réaction de conversion (avec de la vapeur) convertit le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone. L'hydrogène produit est ensuite séparé et purifié.
Pourquoi cette voie est-elle envisagée ?
La biomasse est une ressource nationale abondante.
Au Canada, la biomasse disponible est supérieure aux besoins en alimentation humaine et animale. Un rapport récent prévoit que, grâce aux améliorations attendues des pratiques agricoles et de la sélection végétale, jusqu'à un milliard de tonnes de biomasse sèche pourraient être disponibles annuellement pour la consommation énergétique.
La biomasse « recycle » le dioxyde de carbone.
Les plantes consomment du dioxyde de carbone de l’atmosphère dans le cadre de leur processus de croissance naturelle lorsqu’elles produisent de la biomasse, compensant ainsi le dioxyde de carbone libéré par la production d’hydrogène par gazéification de la biomasse et entraînant de faibles émissions nettes de gaz à effet de serre.
Les défis de la gazéification de la biomasse ?
La biomasse forestière est éloignée des centres où l'hydrogène est nécessaire. Sa collecte en forêt et son transport sont complexes et coûteux. Nous privilégions les déchets de bois de construction, notamment la biomasse ou les mélanges de papiers et cartons provenant de centres de tri, non recyclables ou contaminés.