Nouvelles perspectives pour l'ammoniac vert
L'étude fournit un modèle d'usine de production flexible en termes de charge - et de réduction des coûts
La conversion de la production d'Ammoniac en un processus à faibles émissions est l'un des principaux défis de la lutte contre le changement climatique. L'ammoniac, l'un des produits chimiques les plus produits dans le monde, est essentiel pour l'industrie des engrais et, par conséquent, pour la production d'aliments à base de plantes. Cependant, sa production est coûteuse et entraîne de fortes émissions. Une équipe de chercheurs du Forschungszentrum Jülich, de l'université technique de Munich et de l'entreprise chimique Linde Engineering a mené une étude simulant ce à quoi devrait ressembler un réacteur pour produire de l'ammoniac de manière rentable et respectueuse de l'environnement, c'est-à-dire à partir d'énergies renouvelables. Les résultats viennent d'être publiés dans l'International Journal of Hydrogen Energy.
L'ammoniac, une menace pour le climat
Selon la Royal Society britannique, la production mondiale d'ammoniac génère environ 500 millions de tonnes de CO₂ par an. Cela équivaut aux émissions annuelles de CO₂ de l'Allemagne et à environ 1,8 % des émissions mondiales. La principale raison en est que la synthèse conventionnelle de l'ammoniac nécessite de l'hydrogène, qui est jusqu'à présent obtenu presque exclusivement à partir de gaz naturel - un processus qui libère de grandes quantités de CO₂.
L'ammoniac vert offre une alternative respectueuse du climat : l'hydrogène (H2) nécessaire n'est pas obtenu à partir du gaz naturel, mais à partir de l'eau par électrolyse. L'eau est séparée en oxygène (O2) et en hydrogène à l'aide d'électricité provenant d'une énergie renouvelable. L'hydrogène ainsi obtenu réagit ensuite avec l'azote (N2) de l'air pour former de l'ammoniac (NH₃) selon le procédé Haber-Bosch.
Le problème est que l'électricité provenant de l'énergie éolienne et solaire n'est pas disponible en permanence. Par conséquent, l'électrolyse ne fournit pas en permanence la même quantité d'hydrogène - l'approvisionnement du système fluctue donc. Pour qu'une usine d'ammoniac puisse réagir avec souplesse à ces fluctuations, elle doit être en mesure d'augmenter ou de réduire sa production, c'est-à-dire qu'elle doit être flexible en termes de charge.
Cependant, les systèmes conventionnels sont conçus pour un fonctionnement continu et régulier. Les changements rapides de charge entraînent de fortes variations de pression à l'intérieur des réacteurs et des canalisations. Les composants sont alors soumis à de fortes contraintes mécaniques. Pour résister à cette contrainte à long terme, l'appareil devrait être construit avec des parois plus épaisses et des matériaux plus robustes. Cela augmenterait considérablement les coûts et rendrait la construction beaucoup plus complexe.
C'est précisément là qu'intervient la nouvelle étude. Elle montre comment ces fluctuations de pression peuvent être réduites grâce à un système de contrôle intelligent. Les exigences en matière de stabilité mécanique des installations s'en trouvent réduites.
Une nouvelle solution pour d'anciennes fluctuations
"Pour que l'ammoniac vert contribue à la lutte contre le changement climatique, les coûts doivent être compétitifs", explique le professeur Andreas Peschel, directeur de l'Institut pour une économie durable de l'hydrogène du Forschungszentrum Jülich et coauteur de l'étude.
Selon l'étude, il est possible d'y parvenir grâce à un nouveau type de contrôleur de pression dans ce que l'on appelle une boucle d'ammoniac. Cette étape de production garantit que les gaz de réaction inutilisés, tels que l'hydrogène et l'azote, sont réintroduits dans le processus. Selon les simulations de l'équipe, le contrôle flexible de cette boucle permet d'effectuer des changements de charge à grande vitesse et avec de faibles fluctuations de pression.
La production peut être modifiée de 3 % en l'espace d'une minute - une vitesse qui n'est pas possible avec les usines actuelles fonctionnant au gaz naturel. Cela signifie que des tampons plus petits et des parois plus minces pour les composants du système seraient suffisants à l'avenir, ce qui réduirait les coûts des matériaux.
Dans une étude précédente, l'équipe a présenté un type de réacteur à fonctionnement flexible. Le Forschungszentrum Jülich s'apprête maintenant à passer à l'étape suivante : des installations pilotes qui démontrent le nouveau système de contrôle de la pression et la dynamique des charges élevées dans des conditions réalistes.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Ces produits pourraient vous intéresser
Berghof Reaktortechnologie - Hoch- und Niederdruckreaktoren, Druckbehälter und metallfreie Reaktoren de Berghof
Systèmes haute et basse pression sécurisés pour les fluides agressifs
Réacteurs résistants à la corrosion avec revêtement PTFE - configurables individuellement
BUCHI MINICLAVE de C3 Prozess- und Analysentechnik
Systèmes flexibles de petits réacteurs - résistance aux acides, contrôle visuel et possibilités de personnalisation pour un large éventail d'applications !
PhotoSyn™ de Uniqsis
Une gamme complète de photoréacteurs à flux pour répondre à presque toutes les applications.
Interface contrôle simple, mise à l'échelle et sécurité des systèmes de photoréacteurs à écoulement
