Diminuer les émissions de CO2 des centrales fossiles : la combustion oxygaz, un procédé d’avenir

Depuis le début de la transition énergétique allemande dans les années 2000, la réduction des émissions de CO2 est considérée comme une priorité. Toutefois, afin de garantir à l’avenir l’approvisionnement en énergie et en électricité, une partie des besoins en énergie primaire doit toujours être couverte par des combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel. La technologie de combustion « oxygaz » représenterait pour ces objectifs une méthode prometteuse. Contrairement aux centrales classiques, avec la combustion oxygaz le carburant est brûlé non pas avec de l’air mais avec un mélange d’oxygène et de gaz de combustion remis en circulation. Dans les effluents gazeux se trouvent alors uniquement les deux composants principaux, à savoir la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone. Ce dernier peut alors être séparé avec beaucoup moins d’effort.

Le programme spécial de recherche « Oxyflame », financé par l’Agence allemande de moyens pour la recherche (DFG) et fruit de la coopération de l’Université technique de Darmstadt (Hesse), de l’Université technique RWTH d’Aix-la-Chapelle (Rhénanie du Nord-Westphalie) et de l’Université de la Ruhr de Bochum (Rhénanie du Nord-Westphalie), a pour thème la compréhension des mécanismes fondamentaux de la combustion oxygaz de poussière de charbon. L’objectif des chercheurs est d’abord d’appréhender les mécanismes et les modèles mathématiques nécessaires à la description des procédés partiels. Sur la base de la modélisation de ces procédés partiels, une simulation numérique fiable de l’ensemble de la combustion peut alors être réalisée. Celle-ci peut ensuite être utilisée pour l’optimisation de la technologie et pour réaliser des brûleurs et enceintes chauffantes améliorées pour des centrales à combustion oxygaz.

 

A l’Université technique de Darmstadt, ces procédés sont étudiés par trois départements dans le cadre de différents sous-projets interdépendants. Tout d’abord, le département d’écoulements réactifs et de technique des mesures (RSM), le département d’énergie et de technologie des centrales (EKT) et le département des systèmes énergétiques (EST).

 

A l’EST, les scientifiques travaillent sur les principes physico-chimiques et la cinétique des réactions chimiques des composés de soufre et de chlore. Les composés chlorés sont de plus en plus présents dans la biomasse et peuvent, en raison de leur haute corrosivité, causer des problèmes dans les centrales. La présence de soufre dans les combustibles est également d’une grande pertinence pour la purification des gaz de combustion. Comme des gaz de combustion sont remis en circulation dans le foyer, il peut y avoir une accumulation de ces types de gaz. Dans les expériences menées à l’EST, la chimie du chlore et du soufre est étudiée.

 

Au sein d’un autre sous-projet mené au RSM et à la chaire de transfert de chaleur et de masse d’Aix-la-Chapelle, il est question d’étude expérimentale et de caractérisation de brûleurs à combustion oxygaz de poussière de charbon. Le défi est ici d’appréhender les procédés couplés chimiques et de dynamique des particules avec une haute résolution spatiale et temporelle. Pour ce faire, des méthodes de diagnostic laser modernes seront utilisées. La spectroscopie d’absorption est, par exemple, particulièrement adaptée aux exigences des brûleurs de poussière de charbon. Dans le cadre d’un autre sous-projet mené au RSM, cette méthode de mesure est adaptée à la combustion oxygaz afin de déterminer la concentration des principaux types de gaz et la température de l’écoulement d’une façon fiable. L’objectif à long terme est l’utilisation de cette méthode pour les procédés industriels.

 

La modélisation numérique de l’interaction turbulence-chimie est également le thème d’un autre sous-projet auquel participe l’Université technique de Darmstadt. A l’EKT, des modèles et méthodes sont ainsi développés dans cet objectif, afin de décrire de manière fiable l’interaction complexe du transport de particules, des turbulences et de la combustion des phases gazeuses et des particules. Pour la validation des modèles, des résultats expérimentaux sont nécessaires ; ils devraient être obtenus par les autres sous-projets.

Le projet global « Oxyflame » a donc été lancé le 1er octobre 2013 pour une première période de financement. L’Université technique de Darmstadt, l’Université technique RWTH d’Aix-la-Chapelle et l’Université de la Ruhr de Bochum y rassemblent leurs compétences afin d’apporter une base scientifique à l’alimentation énergétique et électrique. Au total, le projet de recherche pourrait atteindre une durée totale de douze ans à l’aide de périodes de financement supplémentaires.

 

Pour en savoir plus, contacts :

– Andreas Dreizler, directeur du département d’écoulements réactifs et de technique des mesures (RSM), Université technique de Darmstadt – tél. : +49 6151 16 2257 – email : dreizler@csi.tu-darmstadt.de
– Johannes Janicka, directeur du département d’énergie et de technologie des centrales (EKT), Université technique de Darmstadt – tél. : +49 6151 16 2157 – email : janicka@ekt.tu-darmstadt.de
– Bernd Epple, directeur du département des systèmes énergétiques (EST), Université technique de Darmstadt – tél. : +49 6151 16 4717 – email : bernd.epple@est.tu-darmstadt.de

 

Sources :

« Forschung für Energieversorgung der Zukunft », communiqué de presse de l’Université technique de Darmstadt – 02/10/2013 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/Bu6hn

 

Rédacteurs :

Hélène Benveniste, helene.benveniste@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr/