Bien que l’utilisation des énergies renouvelables soit en hausse, le charbon et le gaz naturel représentent toujours la majorité de l’approvisionnement énergétique des États-Unis. Même avec des mesures de contrôle de la pollution, la combustion de ces combustibles fossiles pour produire de l’énergie libère une quantité énorme de dioxyde de carbone dans l’atmosphère – aux États-Unis seulement, le charbon et le gaz naturel ont produit 1 713 millions de tonnes de CO2, soit 98 % de toutes les émissions de CO2 du secteur électrique en 2017. Dans un effort pour atténuer ces effets, les chercheurs cherchent des moyens abordables pour capturer le dioxyde de carbone dans les émissions des centrales électriques.
Les recherches menées par le Laboratoire national de l’Université de Pittsburgh et Lawrence Livermore (LLNL) font appel à la technologie des micro-capsules qui peut rendre le captage du carbone postcombustion moins coûteux, plus sûr et plus efficace.
« Notre approche est très différente de la méthode traditionnelle de captage du dioxyde de carbone dans une centrale électrique« , a déclaré Katherine Hornbostel, professeure adjointe en génie mécanique à la Swanson School of Engineering de Pitt. « Au lieu de faire couler un solvant chimique dans une tour (comme de l’eau dans une chute d’eau), nous mettons le solvant dans de minuscules microcapsules. »
Tout comme le fait de contenir un médicament liquide dans une pilule, la microencapsulation est un processus dans lequel les liquides sont entourés d’un enrobage solide.
« Dans notre proposition de conception d’un réacteur de capture du carbone, nous conditionnons un tas de micro-capsules dans un conteneur et faisons passer les gaz d’échappement de la centrale électrique à travers ce conteneur« , explique M. Hornbostel. « La chaleur requise pour les réacteurs classiques est élevée, ce qui se traduit par des coûts d’exploitation plus élevés. Notre structure sera plus petite et nécessitera moins d’électricité pour fonctionner, ce qui réduira les coûts. »
Les conceptions conventionnelles utilisent également un solvant d’amine agressif qui est coûteux et peut être dangereux pour l’environnement. La conception de micro-capsule créée par Hornbostel et ses collaborateurs chez LLNL utilise une solution qui est faite à partir d’un article ménager courant.
« Nous utilisons du bicarbonate de soude dissous dans l’eau comme solvant« , a déclaré M. Hornbostel. « C’est moins cher, meilleur pour l’environnement et plus abondant que les solvants conventionnels. Le coût et l’abondance sont des facteurs critiques lorsqu’il s’agit d’une vingtaine de réacteurs d’au moins 20 mètres de large installés dans des centaines de centrales électriques. »
Hornbostel explique que la petite taille de la micro-capsule donne au solvant une grande surface pour un volume donné. Cette grande surface spécifique accélère l’absorption du dioxyde de carbone par le solvant, ce qui permet d’utiliser des solvants à absorption plus lente. « C’est une bonne nouvelle, dit M. Hornbostel, parce que cela donne aux solvants moins chers comme le bicarbonate de soude une chance de concurrencer les solvants plus chers et corrosifs. »
« Notre technologie et notre conception de micro-capsule sont prometteuses pour le captage du carbone en postcombustion parce qu’elles aident à rendre les solvants à réaction lente plus efficaces « , a déclaré M. Hornbostel. « Nous croyons que la diminution du coût des solvants, combinée à une structure plus petite et à des coûts d’exploitation moins élevés, peut aider les centrales au charbon et au gaz naturel à maintenir leurs profits à long terme sans nuire à l’environnement. »
Credit photo : John Vericella at Lawrence Livermore National Laboratory
Hornbostel detailed her model in a recent paper in Applied Energy, "Packed and fluidized bed absorber modeling for carbon capture with micro-encapsulated sodium carbonate solution" (DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.11.027).
Mais que fait-on de ces cylindres une fois remplis de CO2? quelle est la réaction chimique? Qu’obtient-on?