Séchage au gaz avec jusqu'à 90 % d'énergie en moins
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Gaz naturel, biométhane, hydrogène : Chacun d'entre eux doit être débarrassé de son eau avant de pouvoir entrer dans le réseau d'approvisionnement. Ce processus nécessitait auparavant l'utilisation de produits chimiques et de températures élevées. Une nouvelle technologie mise au point par les chercheurs du Fraunhofer permet désormais d'obtenir ce résultat à l'aide de membranes nanoporeuses, rapidement, proprement et avec une consommation d'énergie minimale. Cela permet aux fournisseurs d'énergie renouvelable de réduire les coûts et les émissions nocives pour le climat.
L'eau présente dans l'hydrogène, le gaz naturel ou le biométhane peut provoquer la corrosion des pipelines et compromettre le fonctionnement des vannes ou des capteurs. Jusqu'à présent, la pratique consistait à exposer ces gaz au triéthylène glycol (TEG) afin d'en absorber l'eau avant qu'ils ne soient introduits dans le réseau. L'eau absorbée est ensuite éliminée par distillation à environ 200 degrés Celsius avant que le produit chimique ne soit réutilisé. Cependant, les températures élevées provoquent des fissures dans le TEG, générant des gaz indésirables qui doivent être brûlés - un processus extrêmement énergivore qui génère également des émissions de carbone.
Les chercheurs du site de Hermsdorf de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques (IKTS) ont mis au point une méthode innovante qui utilise la technologie des membranes pour extraire l'eau du gaz. Le gaz traverse un tube en céramique dont la surface intérieure est recouverte d'une couche nanoporeuse ultrafine qui fait office de membrane. Les molécules d'eau étant plus petites que les molécules de gaz, elles passent à travers les pores et sont conduites vers l'extérieur à travers le support céramique poreux.
Hannes Richter, responsable des membranes nanoporeuses, énumère les avantages de ce procédé : "Ce procédé permet de se passer du TEG et donc de la distillation et de l'incinération des résidus. Nous économisons jusqu'à 90 % de l'énergie utilisée par la technologie conventionnelle de séchage des gaz, et il n'y a aucune émission de carbone."
Installation pilote à Stassfurt, où le gaz est séché à l'aide de membranes en céramique.
© Fraunhofer IKTS
Des nanopores pour les molécules d'eau
Les chercheurs du Fraunhofer ont dû mettre au point une membrane nanoporeuse permettant de séparer l'eau des gaz. L'épaisseur de la couche est mesurée en micromètres, tandis que la taille des pores est de 0,4 nanomètre. Cette membrane est appliquée sur un support en céramique. Les molécules d'eau ont une taille de 0,28 nanomètre et peuvent donc passer à travers les pores. Adrian Simon, chef de groupe pour les membranes de zéolite et de carbone, décrit le défi : "Le matériau nanoporeux qui recouvre le support en céramique doit former une couche parfaitement étanche, sinon il ne peut pas fonctionner comme une membrane pour les molécules d'eau et laisserait également passer des molécules plus grosses".
L'équipe de recherche a mis au point deux types de membranes : une membrane à base de carbone pour le séchage du biométhane et une membrane à base de zéolithe pour le gaz naturel et l'hydrogène. La zéolite est un matériau cristallin composé de silicium, d'aluminium et d'oxygène. La membrane est créée en versant une suspension de zéolithe dans le tube en céramique, où elle adhère à la surface intérieure. Après avoir chauffé le tube dans une solution de synthèse, les cristaux de zéolithe se développent et se fondent en une couche fermée.
La version à base de carbone est produite à partir d'un précurseur organique, qui est également versé dans le tube. Il en résulte la formation d'une fine couche de polymère aux propriétés définies, qui est ensuite chauffée en l'absence d'oxygène. À des températures supérieures à 700 degrés Celsius, le polymère se transforme en une couche de carbone non poreuse.
L'équipe de recherche est parvenue à optimiser le processus de production après de nombreux essais et étapes de développement, au cours desquels l'institut Fraunhofer de Hermsdorf a pu s'appuyer sur des années d'expertise dans la technologie des membranes haut de gamme et la manipulation des matériaux céramiques.
Réduire le coût des énergies renouvelables
M. Richter, chercheur à l'institut Fraunhofer, décrit la prochaine étape : "Nous sommes actuellement en train de faire passer la technologie des dimensions de l'usine pilote à la mise en œuvre industrielle".
La technologie Fraunhofer offre aux exploitants de pipelines la possibilité de sécher le biométhane, le gaz naturel ou l'hydrogène rapidement et proprement tout en minimisant la consommation d'énergie, protégeant ainsi leurs systèmes et réduisant les coûts. Les experts du Fraunhofer IKTS peuvent conseiller les fournisseurs d'énergie, les exploitants de réseaux et les fabricants d'installations sur la construction d'installations pilotes ou collaborer avec eux pour développer des concepts correspondants.
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.
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