Guide complet : Technologies et avantages de la récupération du CO2 dans l'industrie

Qu'est-ce que la récupération du CO2 et pourquoi est-elle importante aujourd'hui ?

Par essence, la récupération du CO2 est le processus de capture du dioxyde de carbone des émissions industrielles avant qu'il ne soit rejeté dans l'environnement. Alors que l'effet de serre est un problème majeur, les technologies de récupération sont conçues pour capter le CO2 et le transformer en un produit utile. Il ne s'agit pas d'un simple acte d'écologisme, mais d'une stratégie commerciale dans un monde en proie au changement climatique.

Cette tâche est particulièrement importante en raison du problème croissant du réchauffement climatique qui menace la planète. La science nous apprend que si rien n'est fait, les niveaux de CO2 sont la cause première du changement climatique, qui entraîne une augmentation de la fréquence et de l'intensité des catastrophes naturelles, une hausse du niveau des mers et l'extinction d'espèces. Les entreprises, qui sont les moteurs de nos économies, sont également des contributeurs majeurs à ces émissions. La récupération industrielle du CO2 est donc non seulement la bonne chose à faire, mais aussi la chose intelligente à faire pour l'avenir, en conformité avec les accords internationaux et en tant que voie vers un secteur industriel sans carbone.

Explication des principales technologies de récupération du CO2 dans l'industrie

Le domaine de la récupération industrielle du CO2 offre une série de technologies, chacune constituant une approche distincte de la capture du carbone. Comprendre leurs nuances est essentiel pour les industries qui souhaitent réduire leur empreinte carbone.

Absorption chimique

L'absorption chimique est l'une des plus anciennes méthodes de capture du CO2 et fonctionne comme une étreinte chimique qui attire les molécules de dioxyde de carbone. Cette méthode conventionnelle utilise des solvants sélectifs qui sont généralement des solutions contenant des amines spécifiquement choisies pour réagir et former une liaison chimique avec le CO2 dans les flux de gaz industriels. La simplicité de ce processus réside dans le fait que le solvant est exposé au CO2, puis chauffé et que le dioxyde de carbone est libéré sous une forme concentrée et sous une forme qui peut être utilisée à d'autres fins ou être éliminée. Le solvant est alors prêt à être recyclé dans le cycle d'absorption sans la présence de CO2. Il s'agit d'un système fermé qui peut fonctionner en continu avec des pertes minimales. L'absorption chimique a été largement utilisée et s'est avérée flexible dans la gestion des différentes compositions de gaz. C'est donc la méthode la plus utilisée dans les industries qui émettent des niveaux élevés de CO2.

Cependant, l'absorption chimique présente certains facteurs opérationnels qui affectent son efficacité dans le processus. Le coût de la dépense énergétique nécessaire pour régénérer le solvant - pour libérer le CO2 capturé et restaurer la capacité d'absorption du solvant - est un autre coût opérationnel qui peut s'avérer être le plus important dans le processus. En outre, les solvants chimiques ne sont pas permanents ; ils s'épuisent à chaque cycle et doivent être remplacés et éliminés, ce qui est coûteux et nuit à l'environnement. Cependant, l'absorption chimique reste une technologie populaire à ce jour, en particulier dans la production d'électricité à grande échelle et dans les processus industriels de base où une concentration élevée de CO2 est présente et nécessite des technologies de capture efficaces, alors que la recherche de technologies meilleures et respectueuses de l'environnement se poursuit.

Séparation par membrane

La technologie de séparation par membrane est une approche relativement efficace et flexible de la récupération du CO2 qui utilise des membranes spécifiques pour filtrer le dioxyde de carbone. Ces membranes sont généralement fabriquées à partir de polymères avancés ou de céramiques robustes et sont conçues pour avoir une perméabilité au CO2 supérieure à celle des autres composants gazeux d'un mélange industriel. L'attrait de la séparation par membrane réside dans le fait qu'elle consomme moins d'énergie que les autres méthodes, qu'elle est facilement extensible et qu'elle peut être intégrée dans les systèmes industriels existants sans trop d'interférences. La technologie des membranes est donc une solution plus viable pour les industries qui souhaitent réduire leur consommation d'énergie et rendre l'application des technologies de capture du carbone plus réalisable.

Cependant, il est encore difficile d'obtenir des rendements de captage du CO2 comparables à ceux des techniques d'absorption chimique ou d'adsorption, en particulier dans le cas de flux gazeux à faible concentration ou à débit volumétrique élevé. De plus, la présence d'impuretés dans le flux de gaz d'alimentation peut entraîner l'encrassement de la membrane, ce qui affecte le taux de perméation du CO2 ainsi que l'efficacité globale et la durabilité de la membrane. Malgré ces défis permanents, la séparation membranaire s'impose progressivement dans des applications spécifiques telles que le traitement du gaz naturel, la purification de l'hydrogène et des secteurs industriels ciblés où son efficacité énergétique inhérente et sa simplicité opérationnelle offrent des avantages indéniables, d'autant plus que la science des matériaux continue de repousser les limites de la performance et de la durabilité des membranes, promettant un avenir où les membranes joueront un rôle de plus en plus important dans le paysage des technologies de captage du CO2.

Adsorption en fonction de la température (TSA)

La TSA est une technique de récupération du CO2 très avancée qui utilise les changements de température pour adsorber et désorber sélectivement le CO2 de divers flux de gaz industriels. Les systèmes TSA fonctionnent par cycles, en utilisant des matériaux adsorbants, et les adsorbants à tamis moléculaires sont préférés en raison de leurs propriétés à capturer le CO2 à basse température et à le libérer à haute température. La technologie TSA a été appliquée à une grande variété de processus industriels, notamment l'élimination des gaz de combustion des centrales électriques et d'autres installations industrielles qui cherchent à réduire leurs émissions, la valorisation du biogaz pour augmenter la proportion de méthane afin d'accroître la valeur du carburant, et dans le domaine relativement nouveau de la capture directe de l'air (DAC) où le CO2 est capturé à partir des faibles concentrations présentes dans l'atmosphère. Les caractéristiques inhérentes à la TSA, telles que la sélectivité élevée du CO2 par rapport à d'autres composants gazeux et la stabilité à long terme de nombreux matériaux adsorbants, en particulier les tamis moléculaires, sont quelques-uns des facteurs qui ont permis à la TSA d'être largement utilisée et pertinente dans ces applications diverses et difficiles.

Cependant, l'environnement opérationnel de la technologie TSA n'est pas sans poser de problèmes. Le principal problème est la consommation élevée d'énergie thermique pour la régénération de l'adsorbant, en particulier l'étape de chauffage nécessaire pour libérer le CO2 capturé et restaurer l'adsorbant pour les cycles suivants. Cette consommation d'énergie thermique peut avoir un impact significatif sur l'utilisation de l'énergie et la rentabilité des systèmes TSA, en particulier dans les industries où les coûts énergétiques sont une considération majeure. Bien qu'il reste un défi à relever en matière d'énergie, il est relevé par le développement constant de la technologie de l'adsorbant à tamis moléculaire. L'amélioration des capacités d'adsorption du CO2 des tamis moléculaires avancés et, surtout, la cinétique de désorption à des températures plus basses améliorent progressivement le bilan énergétique et la faisabilité économique de l'AST.

Adsorption par variation de pression (PSA)

L'adsorption modulée en pression (AMP) est un développement très efficace et économe en énergie de l'adsorption physique, qui utilise habilement les fluctuations de pression pour faciliter l'adsorption et la désorption continues du CO2. Les systèmes d'adsorption par pression fonctionnent de manière continue par adsorption à haute pression et désorption à basse pression et impliquent généralement l'utilisation de plusieurs lits d'adsorbants pour garantir un flux régulier de CO2 capturé. Cette technologie est surtout appréciée pour les économies d'énergie qu'elle permet de réaliser, notamment par rapport aux technologies à forte consommation d'énergie telles que l'absorption chimique, et pour sa capacité à fournir des flux de CO2 d'une très grande pureté, ce qui la rend idéale pour les procédés qui nécessitent une alimentation en CO2 concentré. L'enveloppe de performance des systèmes PSA est encore élargie par l'incorporation de matériaux adsorbants avancés et les tamis moléculaires jouent un rôle crucial dans l'augmentation de la sélectivité et de l'efficacité du processus de capture.

Bien que la technologie PSA offre une série d'avantages, son application réussie et son fonctionnement à long terme requièrent la prise en compte de plusieurs facteurs. Le coût d'achat de matériaux adsorbants de haute performance, en particulier les tamis moléculaires spécifiquement développés pour la capture du CO2, peut être élevé au départ. En outre, les systèmes PSA peuvent être sensibles au niveau d'impuretés dans le flux gazeux entrant, ce qui peut entraîner un encrassement progressif de l'adsorbant et une baisse conséquente de l'efficacité de la capture au fil du temps, raison pour laquelle il est crucial de prétraiter le flux gazeux. Cependant, ses applications s'étendent à des domaines tels que la production d'hydrogène, l'amélioration du biogaz jusqu'à la qualité du pipeline et, de plus en plus, le captage du CO2 postcombustion dans les centrales électriques et les sources industrielles, en raison du besoin croissant d'une récupération efficace et de haute pureté du CO2.

Séparation cryogénique

La séparation cryogénique est une technologie basée sur la cryogénie qui utilise la force des basses températures pour séparer efficacement le CO2 des flux gazeux. Il s'agit d'un processus de distillation en dessous de zéro où les flux de gaz industriels sont refroidis à des températures très basses afin que les différents composants du gaz puissent être séparés en fonction de leur point d'ébullition. Le CO2, dont la température de condensation est plus élevée que celle d'autres gaz industriels tels que l'azote et le méthane, peut facilement être condensé et séparé à l'état liquide des autres composants gazeux. Cette approche cryogénique est particulièrement efficace dans sa capacité à produire des flux de CO2 d'une grande pureté, ce qui est une caractéristique souhaitable pour certaines applications industrielles où une grande pureté du CO2 est obligatoire, par exemple dans la production de CO2 de qualité alimentaire utilisé dans l'industrie des boissons ou comme réactif de grande pureté dans des processus de synthèse chimique spécifiques.

L'application de la séparation cryogénique pour le piégeage du CO2 à grande échelle est limitée par plusieurs défis, notamment des coûts élevés et des problèmes opérationnels, principalement dus à la forte demande d'énergie et à la nécessité d'un équipement étendu et coûteux. Le processus de refroidissement de grands volumes de gaz à des températures cryogéniques nécessite une quantité importante d'énergie, ce qui le rend relativement moins efficace sur le plan énergétique pour le captage du CO2, en particulier lorsqu'il est appliqué à grande échelle dans les industries qui traitent des sources diluées de CO2. Les équipements nécessaires au fonctionnement cryogénique, tels que le compresseur à haute pression, le détendeur cryogénique et l'échangeur de chaleur complexe requis pour le fonctionnement à basse température, augmentent le coût d'investissement. Les tamis moléculaires peuvent également représenter un coût d'investissement important, mais ils peuvent être utiles pour améliorer l'efficacité des systèmes cryogéniques d'élimination du CO2. En effet, en utilisant des tamis moléculaires pour éliminer même la plus petite quantité de vapeur d'eau et d'autres impuretés condensables du flux de gaz entrant, les opérateurs peuvent éviter la formation de glace et d'hydrates solides dans l'unité cryogénique, ce qui peut entraîner des problèmes opérationnels et une perte d'efficacité. Toutefois, l'utilisation de tamis moléculaires avant l'unité de séparation cryogénique rend le processus plus efficace, moins problématique et moins coûteux, démontrant ainsi l'applicabilité et la compatibilité des adsorbants à tamis moléculaires dans d'autres technologies de capture du CO2 qui ne sont pas nécessairement basées sur l'adsorption.

Sièges moléculaires pour la récupération industrielle du CO2

• 13X Sièges moléculaires : Ces tamis ont une taille de pore d'environ 10Å et adsorbent efficacement le CO₂ et le H₂O. Ils conviennent donc à des utilisations telles que la purification du gaz naturel et la séparation de l'air, qui élimine à la fois l'humidité et le dioxyde de carbone. Ils sont également utilisés dans les processus de décarbonisation des gaz de combustion pour capturer les émissions de CO2.
• 5A Sièges moléculaires : Ces tamis ont une taille de pore de 5Å et sont idéaux pour l'adsorption sélective du CO₂. Ils sont principalement utilisés dans les systèmes d'adsorption modulée en pression (AMP) où ils éliminent sélectivement le CO₂ des mélanges gazeux en fonction de la taille et de la sélectivité de l'adsorption pour produire du CO₂ de grande pureté.
• 4A Sièges moléculaires : Elles sont principalement utilisées pour l'élimination de l'humidité en raison de la taille de leurs pores de 4Å, mais elles peuvent également adsorber le CO₂ dans certaines circonstances. Bien qu'elles ne soient pas aussi sélectives pour le CO2 que les zéolithes 5A ou 13X, elles sont utilisées dans certaines applications de capture du CO2 où l'élimination de la vapeur d'eau est également nécessaire.
• Sièges moléculaires modifiés (NaX, LiX) : Ces zéolithes modifiées, telles que NaX et LiX, subissent un échange d'ions pour améliorer leurs capacités d'adsorption du CO₂. Cette modification, qui implique souvent des ions lithium, permet d'améliorer considérablement la capacité de capture du CO2, ce qui les rend très efficaces dans les technologies PSA et TSA de pointe pour une récupération efficace du CO2.

D'autres matériaux ont été envisagés pour la capture et la séparation du CO₂ dans un passé récent, notamment les tamis moléculaires au carbone (CMS) et les matériaux à structure organique métallique (MOF), mais les applications industrielles actuelles sont toujours dominées par les tamis moléculaires 13X.

Adsorbants à tamis moléculaire : L'expertise de Jalon

Dans le cas de la récupération du CO2 par adsorption physique, en particulier dans les secteurs PSA et TSA, l'adsorbant joue un rôle crucial. Jalon, un fabricant de tamis moléculaires bien connu, se distingue à cet égard. Présent sur le marché depuis plus de vingt ans, Jalon est un fabricant fiable de tamis moléculaires, allant des tamis 3A et 4A pour la déshydratation aux tamis 5A, 13X et LiX pour la capture du CO2. Ce ne sont pas de simples fournisseurs, ce sont des alliés stratégiques qui fournissent des services personnalisés et un portefeuille diversifié, ce qui prouve leur polyvalence.

Les tamis moléculaires LiX, 13X, 5A et 4A de Jalon sont conçus pour fournir la meilleure récupération de CO2 et ont une capacité d'adsorption et une sélectivité élevées. En tant que l'un des principaux producteurs de ces matériaux clés pour la capture du CO2, Jalon utilise son expérience en matière de R&D et d'application pour offrir le tamis moléculaire approprié aux différents processus industriels de capture du CO2. Choisir Jalon, c'est travailler avec une entreprise qui offre une connaissance approfondie et une gamme de produits axés sur l'efficacité de vos systèmes de capture du CO2.

Pour plus d'informations :

• Téléphone : +86-186 3889 5089/+86-379-6989 5719
• Courriel : info@jalonzeolite.com
• Adresse : Junmin Road, Industrial Cluster District, Yanshi, Henan, Chine.

Applications de récupération du CO2 dans toutes les industries

La récupération du CO 2 n'est pas un processus universel. Son application varie considérablement d'une industrie à l'autre, en fonction des profils d'émissions spécifiques, des besoins opérationnels et des considérations économiques. Voici un bref aperçu de quelques-unes des industries où le dioxyde de carbone est collecté :

Avantages de la récupération du CO2

Réduction des coûts de production

L'utilisation de systèmes de récupération du CO2 est l'un des meilleurs moyens de réaliser des économies dans les processus industriels. Pour les entreprises qui utilisent le CO2 comme matière première, le captage et le recyclage du CO2 émis sont économiquement viables puisqu'elles n'ont pas besoin d'acheter le gaz. En outre, l'intégration de technologies de récupération d'énergie avec le piégeage du CO2 peut se traduire par des avantages supplémentaires en termes de besoins énergétiques et, par conséquent, de coûts. Cet effet sur les matières premières et les sources d'énergie fait de la récupération du CO2 non seulement une pratique durable, mais aussi un modèle économique rentable pour les industries qui cherchent à maximiser leurs profits.

Protection de l'environnement

On ne saurait trop insister sur le rôle de la récupération du CO2 dans la préservation actuelle de l'environnement. Les industries jouent ainsi un rôle dans la diminution de la quantité de CO2 libérée dans l'atmosphère et dans la lutte contre le changement climatique. Cette approche est efficace pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et donc leur empreinte carbone globale et pour aligner leurs opérations sur des objectifs environnementaux mondiaux de plus en plus cruciaux. La récupération du CO2 n'est plus une activité qu'une entreprise peut réaliser en supplément, mais une activité qui fait désormais partie des pratiques industrielles, qui montre l'intérêt de l'entreprise pour l'environnement et qui aide à s'orienter vers une production plus durable.

Amélioration de l'efficacité des ressources

La récupération du CO2 s'inscrit également dans le cadre de l'économie circulaire puisqu'elle transforme ce qui était un déchet en un flux de valeur. Alors que le CO2 émis est un déchet qui peut être mis en décharge, les technologies de récupération permettent de le réutiliser comme intrant. Cela permet non seulement de réduire considérablement les effets négatifs, mais aussi de transformer l'utilisation efficace des biens industriels. En recyclant le CO2, les industries montrent qu'elles gèrent les ressources de manière appropriée, ce qui peut conduire à la génération de nouveaux revenus et de valeur à partir de ce qui était auparavant considéré comme un déchet.

Réduction de la dépendance à l'égard des marchés du CO2

L'application des technologies de récupération du CO2 offre aux industries une plus grande flexibilité opérationnelle et stratégique. Par conséquent, en diminuant la dépendance à l'égard des sources externes de CO2 et en contrôlant la volatilité des prix du CO2, les entreprises promeuvent un modèle d'entreprise plus autonome. Ce changement permet également de maintenir et éventuellement de réduire le coût des intrants tout en augmentant la viabilité à long terme de l'entreprise. Par conséquent, en se protégeant des fluctuations des marchés mondiaux, les entreprises établissent un environnement plus stable et stratégiquement avantageux, ce qui est particulièrement important dans un monde qui se transforme progressivement en un monde limité par le carbone et économiquement imprévisible.

Tendances futures et innovations en matière de récupération du CO2

La tendance en matière de récupération du CO2 est à la hausse depuis des années. De nouveaux développements sur les matériaux adsorbants et les membranes avancées existent et laissent présager une efficacité accrue de la capture. De nouvelles méthodes avancées de captage et d'intégration du CO2 ouvrent la voie aux processus industriels. Outre le captage, l'utilisation du CO2 suscite un intérêt croissant : le CO2 capté est converti en produits chimiques et en combustibles utiles par le biais de procédés power-to-X et de méthodes biotechnologiques. Certaines nouvelles politiques, telles que les politiques réglementaires et les politiques de marché, deviennent de plus en plus strictes, ce qui permet d'améliorer l'adoption. Il s'agit d'un processus multimédia de récupération du CO2 qui élargira les réseaux interindustriels internationaux pour devenir effectivement la prochaine génération à construire une structure industrielle durable.

Conclusion

La collecte du CO2 à la source n'est plus un luxe dans l'industrie, mais une nécessité. Ce n'est pas facile, d'autant plus que cela nécessite un solide bagage technologique, des politiques appropriées et, bien sûr, une participation active de l'industrie. Comme nous l'avons noté, il existe différentes technologies disponibles en fonction des besoins, et les tamis moléculaires, en particulier ceux de fabricants expérimentés tels que Jalon, sont essentiels. Les avantages sont évidents, car ils vont des avantages commerciaux à la prise en compte de l'environnement. La pression est forte ; les industries sont invitées à adopter la récupération du CO2, à rechercher les meilleures solutions et à travailler avec des spécialistes tels que Jalon. Il est temps de saisir l'opportunité et de construire un environnement qui unit l'industrie et le développement durable.