Gaz renouvelable à partir d’hydrogène et de CO₂
Nouvelle installation de méthanation à sorption renforcée à l’Empa
Le 16 juin, l’Empa a mis en service une installation de méthanation innovante. Le projet de recherche « move-MEGA » démontre pour la première fois à l’échelle pilote la méthanation à sorption renforcée, une technologie développée à l’Empa qui rend le procédé « Power-to-Gas » plus flexible et plus robuste. Le méthane synthétique produit peut remplacer le gaz naturel fossile en tant que vecteur d’énergie renouvelable. Associé à la pyrolyse du méthane, il permet également de produire de l’hydrogène à bilan carbone négatif.
La nouvelle installation de méthanation « move-MEGA » de l’Empa réunit des éléments clés de la transition énergétique : elle produit du méthane à partir d’hydrogène renouvelable et de CO₂, tout en augmentant délibérément la flexibilité de charge du procédé – un avantage décisif pour l’utilisation de sources d’électricité renouvelable fluctuantes. L’installation de démonstration innovante montre comment l’électricité solaire renouvelable peut être convertie directement en hydrogène par électrolyse, puis transformée avec du CO₂ capté dans l’air ambiant en méthane synthétique – prêt à être injecté dans le réseau de gaz. L’intégration directe de ces processus sur un même site est unique en son genre.
Nouvelle approche axée sur la flexibilité de charge et l’efficacité
Nouvelle approche axée sur la flexibilité de charge et l’efficacitéLe cœur de la nouvelle installation est la méthanation à sorption renforcée, où des pellets de zéolithe à porosité définie servent de support catalytique. Ceux-ci adsorbent l’eau produite comme sous-produit lors de la réaction de méthanation, déplaçant ainsi l’équilibre chimique en faveur de la formation de méthane. Le procédé peut ainsi fonctionner à des pressions et températures plus basses, et le méthane produit peut être utilisé directement ou injecté dans le réseau sans purification complexe.
La gestion thermique était centrale dans le développement de ce nouveau procédé : pour garantir un fonctionnement continu, au moins deux réacteurs sont nécessaires, fonctionnant en alternance pour produire du méthane ou pour être régénérés/séchés. Pour ce séchage, une gestion thermique sophistiquée est essentielle, permettant soit d’extraire la chaleur résiduelle du réacteur, soit de la stocker dans le lit catalytique. L’équipe de l’Empa autour de Florian Kiefer et Andreas Borgschulte a travaillé plus de cinq ans pour développer cette technologie, depuis la recherche fondamentale jusqu’au démonstrateur fonc-tionnel en passant par l’échelle du laboratoire.
« Grâce à la méthanation à sorption renforcée et à la gestion thermique, nous atteignons des rende-ments élevés et une flexibilité de charge nettement supérieure à celle des procédés conventionnels. Cela rend la technologie particulièrement attractive pour un couplage direct avec des installations photovoltaïques ou éoliennes », explique Florian Kiefer, chef de projet move-MEGA.
Du méthane synthétique au puits de CO₂ – de nouvelles voies pour la protection du climat
L’installation « Direct-Air-Capture » intégrée au démonstrateur « Power-to-Gas » permet également de capter directement le CO₂ nécessaire à la réaction de méthanation dans l’air ambiant. Ainsi, le procédé « Power-to-Gas » crée les conditions pour des émissions négatives de CO₂ : le méthane produit peut être, dans une étape ultérieure, dissocié par pyrolyse du méthane en carbone solide et hydrogène, comme le montrent les projets de recherche actuels à l’Empa. Le carbone solide sert de puits de CO₂ à long terme et peut être utilisé dans des matériaux de construction comme le béton ou l’asphalte. L’hydrogène obtenu est adapté comme vecteur énergétique, par exemple pour des applications industrielles à haute température, qui dépendent encore des énergies fossiles et sont difficiles à électrifier. Un projet de démonstrateur correspondant est actuellement en cours en collaboration avec l’Association pour la Décarbonisation de l’Industrie (VzDI) à Zoug.
« La méthanation, combinée à la pyrolyse du méthane, ouvre une voie permettant de combiner l’approvisionnement en énergie renouvelable et l’élimination durable du CO₂ de l’atmosphère. Ainsi, des émissions négatives de CO₂ deviennent possibles », explique Christian Bach, initiateur du projet move-MEGA et chef du département Porteurs d’énergie chimiques et systèmes de véhicules à l’Empa.
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