Le gaz naturel et la capture du carbone : vers une énergie plus propre

Le gaz naturel, un des plus grands contributeurs à l’énergie mondiale, pourrait bien jouer un rôle clé dans la transition vers une économie à faible émission de carbone. La technologie de capture du carbone pourrait bien transformer l’avenir de l’énergie.

Le gaz naturel est un acteur majeur dans le paysage énergétique mondial, alimentant de nombreuses applications. Les centrales à cycle combiné au gaz naturel (NGCC) sont particulièrement efficaces et devraient continuer à fournir de l’électricité de base à long terme.

Le gaz naturel reste une énergie fossile. Son utilisation accrue entraîne une augmentation des émissions de dioxyde de carbone (CO2), un facteur clé du changement climatique.

La capture du carbone : une solution pour l’avenir

« Alors que de plus en plus d’industries s’orientent vers des émissions nettes nulles, la capture et le stockage du carbone avec des taux de capture élevés seront nécessaires pour maintenir le gaz naturel dans un avenir à faible teneur en carbone », a déclaré Katherine Hornbostel, professeure adjointe de génie mécanique et de science des matériaux à l’Université de Pittsburgh Swanson School of Engineering.

Katherine Hornbostel, experte en technologie de capture du carbone, a dirigé une équipe de chercheurs dans un projet ARPA-E pour modéliser un nouveau design de capture du carbone dans les centrales NGCC qui a presque atteint des émissions nettes nulles.

Un système hybride de capture du carbone

L’équipe a modélisé un système hybride de capture du carbone qui se fixe à une centrale NGCC. Ce système comprend un système de membrane et un système de sorbant solide. Pour le système de sorbant solide, l’équipe a modélisé des absorbeurs à lit fixe remplis de sorbants solides à base de cadre organométallique (MOF) qui absorbent le CO2.

Le groupe de recherche de Hornbostel s’est concentré sur l’optimisation de la conception de ce système de sorbant solide. Ils ont constaté que les conditions optimales étaient raisonnables et compatibles avec l’intégration dans une centrale NGCC.

Vers des émissions nettes nulles ou négatives

Le modèle de l’équipe indique un taux de capture du carbone de 99,3 % à partir du flux de gaz naturel entrant dans des conditions de charge élevée et de 99,6 % dans des conditions de faible charge. Ils ont également constaté que leur système hybride serait plus compétitif en termes de coûts qu’un système de capture du carbone par solvant MEA de référence qui réalise une capture de 90 % dans des scénarios avec des taxes élevées sur le CO2.

Bien que leurs résultats n’aient pas tout à fait atteint 100 % de capture du carbone (émissions nettes nulles), Hornbostel est confiante que des émissions nettes nulles et peut-être même négatives sont réalisables avec leur conception en optimisant le matériau sorbant solide sélectionné.

En synthèse

La recherche de Hornbostel et de son équipe représente une étape importante vers la démonstration que le gaz naturel peut faire partie du mix énergétique dans un avenir décarboné. Bien que le chemin vers des émissions nettes nulles soit encore long, ces travaux de recherche ouvrent la voie à des solutions innovantes pour réduire l’impact environnemental de notre consommation d’énergie.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la capture du carbone ?

La capture du carbone est une technologie qui permet de capturer le dioxyde de carbone émis par les centrales électriques et autres sources industrielles afin de le stocker et de prévenir sa libération dans l’atmosphère.

Qu’est-ce qu’une centrale à cycle combiné au gaz naturel (NGCC) ?

Une centrale NGCC est une centrale électrique qui utilise du gaz naturel pour produire de l’électricité. Elle est plus efficace que les centrales traditionnelles car elle utilise la chaleur résiduelle de la combustion du gaz pour produire de la vapeur et générer plus d’électricité.

Qu’est-ce qu’un sorbant solide ?

Un sorbant solide est un matériau qui peut absorber ou adsorber des gaz ou des liquides. Dans le contexte de la capture du carbone, les sorbants solides sont utilisés pour absorber le CO2.

Qu’est-ce que les émissions nettes nulles ?

Les émissions nettes nulles se réfèrent à l’équilibre entre la quantité de gaz à effet de serre émis dans l’atmosphère et la quantité retirée de l’atmosphère.

Qu’est-ce que le projet ARPA-E ?

ARPA-E est un programme du département de l’énergie des États-Unis qui finance des projets de recherche avancée pour développer des technologies énergétiques innovantes.

Références

Hornbostel, K., et al. (2023). Hybrid Carbon Capture System for NGCC Plants. ARPA-E Project. University of Pittsburgh Swanson School of Engineering.

Les articles, « Flexible carbon capture using MOF fixed bed absorbers at an NGCC plant » (DOI : 10.1016/j.ccst.2023.1000170) et « Optimization of a Natural Gas Power Plant with Membrane and Solid Sorbent Capture Systems » (DOI:10.1016/j.ccst.2023.100165) ont été récemment publiés dans Carbon Capture Science & Technology, une nouvelle revue d’Elsevier.