L’hydrogène, considéré comme l’ “énergie ultime” du 21e siècle, présente des avantages tels que la propreté, le renouvelable, la capacité de stockage et la polyvalence. L’Agence internationale de l’énergie prévoit que 115 millions de tonnes d’hydrogène seront nécessaires d’ici 2030 pour atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. L’hydrogène vert constitue donc une voie prometteuse vers une société sans carbone.
En utilisant la biomasse pour la production d’hydrogène, il serait possible de réduire les émissions de carbone créées par les combustibles fossiles, contribuant ainsi à résoudre la crise énergétique qui s’aggrave. La nouvelle technologie de traitement thermique alcalin (TTA) pour la production d’hydrogène implique une pyrolyse à pression atmosphérique et basse température.
Du point de vue du cycle de vie complet de la biomasse, le TTA présente un potentiel significatif pour les “émissions de carbone négatives” et pourrait se substituer à certains combustibles fossiles.
Dans une revue publiée dans le journal KeAi Carbon Resources Conversion, une équipe de chercheurs a examiné de manière approfondie les dernières avancées du TTA de la biomasse pour la production d’hydrogène. “Il y a de nombreux facteurs qui affectent l’efficacité de la production d’hydrogène à partir du TTA de la biomasse“, explique le premier auteur de l’étude, Guojie Liu, doctorant à l’École d’ingénierie chimique de l’Université du Sichuan. Parmi eux figurent l’alcali, la matière première, les catalyseurs, les paramètres de processus et les réacteurs.
Cependant, nous devons d’abord préciser le rôle fondamental et la synergie de l’alcali et des catalyseurs dans la réaction TTA et le mécanisme de conversion de la biomasse, puis utiliser ces connaissances pour orienter le développement de stratégies d’amélioration plus efficaces et même des percées dans des applications à plus grande échelle”, ajoute Liu.
Pour ce faire, l’équipe estime que pour maximiser l’efficacité de la production d’hydrogène à partir de la réaction TTA, l’alcali utilisé doit favoriser la conversion de la biomasse en intermédiaires gazeux de petite taille et en stockage de carbone in-situ.
De plus, en surmontant la limitation cinétique de la réaction de reformage sous basse pression et température dans le processus TTA, l’efficacité de la production d’hydrogène peut être améliorée et la synergie entre l’alcali et les catalyseurs métalliques peut être pleinement démontrée”, explique Houfang Lu, professeur à la même école.
Suite à la revue, quatre conclusions majeures ont été tirées. Afin de mieux comprendre la transformation des substances modèles à travers différents alcalis et d’identifier des biomasses plus adaptées, des études supplémentaires sont nécessaires.
Pour établir un système de catalyseurs adapté sur la base des produits intermédiaires de la réaction TTA, une analyse doit être menée sur le mécanisme de désactivation du catalyseur, l’interaction entre le site actif et le support, ainsi que la relation structure-activité catalytique.
De plus, lors de l’évaluation des avantages et des inconvénients des réactions in-situ et ex-situ, la conception de réacteurs adaptés et le développement de méthodes d’entrée/sortie efficaces sont essentiels pour surmonter les problèmes tels que le coke, le transfert de masse limité et la régénération des catalyseurs causés par les réactions solide-solide.
Enfin, une évaluation économique et une analyse de la consommation d’énergie doivent être réalisées.
“Nous espérons que ces points guideront les expériences à venir sur la production d’hydrogène via les procédés TTA de la biomasse afin de concrétiser l’industrialisation de cette technologie“, exprime Lu.
Le TTA, Kezako ?
Le TTA, ou Traitement Thermique Alcalin, est une technologie innovante pour la production d’hydrogène à partir de biomasse. Cette méthode implique une pyrolyse à pression atmosphérique et basse température en présence d’un agent alcalin, qui facilite la décomposition de la matière organique contenue dans la biomasse. L’objectif du TTA est de convertir la biomasse en gaz, notamment de l’hydrogène, tout en réduisant les émissions de carbone par rapport aux méthodes traditionnelles de production d’hydrogène à partir de combustibles fossiles.
Le processus TTA présente un potentiel significatif pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre et pourrait contribuer à la transition vers une société sans carbone en offrant une source d’hydrogène renouvelable et propre. Des recherches supplémentaires sont en cours pour optimiser cette technologie et en faciliter l’industrialisation.
Fonctionnement du TTA
Le traitement thermique alcalin fonctionne en soumettant la biomasse à un processus de pyrolyse en présence d’un agent alcalin, généralement sous forme de sels alcalins, comme les carbonates, les hydroxydes ou les sels métalliques alcalino-terreux.
Voici les étapes principales du fonctionnement du TTA :
- Préparation de la biomasse : La matière première, généralement des déchets végétaux, des déchets agricoles ou des cultures énergétiques, est préparée en réduisant sa taille et en ajustant son humidité.
- Mélange avec un agent alcalin : La biomasse est mélangée à l’agent alcalin, qui facilite la décomposition de la matière organique et la conversion en gaz.
- Pyrolyse : La biomasse mélangée à l’agent alcalin est chauffée à des températures relativement basses (environ 400-600°C) et sous pression atmosphérique. La chaleur provoque la décomposition thermique de la biomasse en une variété de produits gazeux, solides et liquides.
- Formation de gaz : Durant la pyrolyse, les composés organiques présents dans la biomasse se décomposent en molécules plus petites, produisant des gaz tels que l’hydrogène, le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone. L’agent alcalin favorise la formation d’hydrogène et d’autres gaz valorisables en capturant et en stockant le carbone sous forme de charbon alcalin.
- Catalyse : Des catalyseurs métalliques peuvent être utilisés pour améliorer la production d’hydrogène et la conversion des autres gaz en hydrogène. Les catalyseurs favorisent les réactions chimiques à la surface de leur structure et améliorent l’efficacité du processus TTA.
- Séparation des gaz : Les gaz produits sont séparés et purifiés pour récupérer l’hydrogène, qui peut ensuite être utilisé comme source d’énergie propre.
Le TTA présente plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes de production d’hydrogène, notamment une réduction des émissions de carbone et une utilisation plus efficace des ressources en biomasse. Des recherches supplémentaires sont en cours pour optimiser cette technologie et explorer de nouvelles applications potentielles.
[ Rédaction ]
Lien principal : dx.doi.org/10.1016/j.crcon.2023.04.001
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