Les matériaux avancés façonnent l'avenir de la capture du carbone
Plusieurs industries, telles que la production d'électricité, les produits chimiques, le fer et l'acier, ont un problème de carbone. L'impératif de réduction des émissions de carbone est devenu plus pressant que jamais, car les organismes de réglementation du monde entier fixent des objectifs, des calendriers et des mandats ambitieux, tels que les taxes sur le carbone et l'échange de droits d'émission, afin de réduire les émissions de carbone. Simultanément, ces industries difficiles à abattre doivent faire face à la demande croissante d'énergie qui dépend des combustibles fossiles conventionnels émettant du carbone.
Les technologies de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS), qui capturent et stockent les émissions de carbone avant qu'elles ne soient rejetées dans l'air, sont au premier plan pour relever ces défis.
L'un des défis majeurs auxquels est confronté cet outil important dans la lutte pour la réduction des émissions de carbone est la mise à niveau de l'infrastructure et de l'équipement tout au long de la chaîne de valeur. Prenons l'exemple de la capture du carbone (CC), une composante essentielle de la CCUS. Il englobe un ensemble de technologies à différents niveaux de maturité technologique (TRL), chacune présentant sa propre série de défis. Il existe quatre grandes technologies de capture du carbone : La postcombustion, la précombustion, l'oxycombustion et le captage direct de l'air (DAC).
Quatre technologies prometteuses de capture du carbone
Pour relever efficacement les défis liés au carbone et trouver des solutions prometteuses, il est essentiel de comprendre les différences entre les quatre principales technologies de lutte contre le changement climatique :
- La postcombustion est la technologie la plus mature des quatre, avec la plus grande polyvalence d'applications, représentant le plus grand segment de marché dans la capture du carbone. Elle utilise largement des solvants chimiques (généralement à base d'amines) ou physiques (Selexol, Rectisol, Fluor™, etc.), les solvants chimiques étant largement dominants. Les solvants chimiques, ainsi que leCO2, sont corrosifs, ce qui peut avoir un impact sur les joints et les pièces d'usure et entraîner la défaillance d'équipements tels que les vannes, les pompes et les échangeurs de chaleur. La technologie de postcombustion est appliquée dans un grand nombre d'industries, notamment la production d'électricité, la pétrochimie, l'acier et le ciment.
- La précombustion est la prochaine technologie de pointe qui pourrait être utilisée dans les centrales à cycle combiné au gaz naturel, les centrales à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI) et le processus de reformage du gaz naturel. Les technologies de précombustion disponibles aujourd'hui dans le commerce utilisent généralement des processus d'adsorption1 qui peuvent être réalisés par variation de pression (PSA) ou de température (TSA). Le procédé d'adsorption modulée en pression (PSA) est plus commercialisé que le procédé TSA. Le procédé PSA est également utilisé pour récupérer et purifier l'hydrogène tout en séparant le carbone, ce qui en fait un choix favorable pour répondre à l'augmentation de la demande d'hydrogène. Cependant, le procédé fonctionne à des taux de cycle élevés (jusqu'à 200 000 par an2), à des pressions de traitement élevées et à des flux bidirectionnels de gaz d'alimentation. Tous ces éléments combinés peuvent accélérer l'usure et causer des problèmes de fiabilité de l'équipement.
- L'oxycombustion utilise de l'oxygène presque pur, en éliminant l'azote de l'air, pour la combustion. Le principal avantage de cette technologie est la production minimale d'oxydes d'azote en raison de l'absence d'azote et le rendement élevé duCO2 capturé. Cependant, en raison de la concentration plus élevée d'oxygène, le processus produit des températures élevées (3000-4500°F+). L'équipement a donc besoin de matériaux capables de résister à des températures élevées ainsi qu'à des environnements corrosifs dus à la forte concentration deCO2. L'industrie de l'énergie de la biomasse, par exemple, utilise l'oxycombustion, appelée bioénergie avec captage et séquestration du carbone (BECCS).
- Le captage direct de l'air (DAC) est reconnu comme une technologie d'émission négative car il capte leCO2 directement dans l'atmosphère. Bien que les solvants liquides et les sorbants solides soient largement utilisés dans le processus DAC, les solvants liquides constituent une menace de corrosion pour l'équipement du processus. Bien que le DAC ne soit pas encore prêt pour un déploiement commercial, il présente un potentiel de croissance rapide, soutenu par les pouvoirs publics sur les principaux marchés, tels que les États-Unis, le Canada, l'Union européenne et le Royaume-Uni. Les développements les plus récents concernent l'utilisation duCO2 capturé par la technologie DAC dans les industries du ciment et de l'alimentation et des boissons.
Relever les défis de la capture du carbone
En réponse à ces défis, le portefeuille de matériaux de Greene Tweed constitue des solutions fiables capables de surpasser et de durer dans les environnements les plus exigeants du marché de la capture du carbone. Prenons l'exemple des procédés de postcombustion ou de DAC qui requièrent des températures élevées et des solvants agressifs. Les joints toriques en élastomère perfluoré (FFKM), tels que le Chemraz® 541 que nous avons récemment lancé, sont très performants dans les services d'amine. Les composants fabriqués à partir de ces matériaux avancés peuvent contribuer à accroître la fiabilité et la durée de vie d'équipements tels que les garnitures mécaniques, les pompes, les vannes, les absorbeurs et les régénérateurs. Le WR® 600 et le WR 650® sont des matériaux composites PFA utilisés dans les paliers et les coussinets de pompes qui présentent également une excellente résistance aux amines telles que la DEA ou la MDEA à des températures élevées. Certains matériaux, tels que le PEEK réticulé Arlon 3000XT®, offrent une alternative lorsque la dégradation des propriétés mécaniques est un problème dans des applications telles que les garnitures de colonnes.
L'équipe commerciale et d'ingénierie de Greene Tweed se tient à votre disposition pour vous aider à sélectionner les solutions les mieux adaptées à vos besoins dans le cadre de vos applications de capture du carbone. N'hésitez pas à nous contacter pour découvrir comment les solutions matérielles de Greene Tweed peuvent vous aider à mettre en place des processus de capture du carbone durables et efficaces.
1. https://www.energy.gov/fecm/pre-combustion-carbon-capture-research
2. Flowserve - Améliorer la fiabilité et les performances des vannes dans les applications PSA