Optimisation des processus de synthèse du gaz naturel issu de bois

Pour transformer la biomasse contenant de la lignine – comme le bois et la paille – en produit gazeux combustible, il fallait jusqu’ici avoir recours à des processus thermochimiques tels que la gazéification. Le présent projet envisageait la possibilité de mettre en œuvre un autre procédé: il a ainsi étudié les différentes étapes nécessaires à la production de gaz naturel ou bio-méthane (en anglais: bio-SNG), lequel est obtenu par l’épuration et la méthanation catalytique à lit fluidisé du gaz généré par le processus de gazéification. Si la méthanation à lit fluidisé fonctionne bien à l’échelle pilote, les recherches doivent être poursuivies avant de pouvoir l’appliquer à de grandes installations de production à visée commerciale. Le cœur du projet consistait à étudier la taille et les mouvements des bulles dans le réacteur, la cinétique des réactions secondaires majeures ainsi que les conditions techniques nécessaires à un taux de rendement en méthane optimum.

Les énergies renouvelables présentent souvent l’inconvénient de n’être performantes qu’en certains lieux ou à certains moments de la journée. Cette contrainte disparaît avec le bio-SNG: ici, le lieu d’implantation des installations importe peu et le produit final peut être injecté partout et à tout moment au réseau de distribution de gaz naturel existant. Cette source d’énergie renouvelable, disponible localement et affichant un bilan CO2 neutre, se substitue donc avantageusement au gaz naturel d’origine fossile et constitue un carburant optimal pour les véhicules fonctionnant au gaz naturel.

Les modèles informatiques existants pour la méthanation à lit fluidisé n’ont jusqu’ici pratiquement jamais été expérimentés dans la pratique. L’un des volets essentiels du projet consistait donc à comparer les données réelles d’une installation pilote avec celles issues des simulations. L’objectif était de partir de cette base pour transposer la méthanation à lit fluidisé dans des installations commerciales de grande envergure, tout en optimisant les processus. Lors de leurs expériences, les chercheurs ont fait varier la température, la pression, les flux de gaz et la composition du gaz.

Les résultats du projet ont montré qu’il était possible de largement simplifier l’épuration des gaz par rapport aux techniques employées jusqu’alors. Dans le cadre du projet, une méthodologie a été élaborée pour déterminer les réactions de l’éthylène, composé majeur entrant en ligne de compte dans le processus. La même procédure peut désormais être appliquée pour le second composé que constitue le benzol.

Le savoir-faire déployé dans ce projet est en outre transposable dans un autre domaine: les applications "power to Gas", autrement dit la transformation de l’électricité d’origine renouvelable en gaz, utilisable dans le domaine de la mobilité ou dans des appareils de chauffage. C’est par la méthanation du dioxyde de carbone que l’on entend ici augmenter la quantité de bio-méthane produit.

Lors de la méthanation générée par gazéification du bois dans un réacteur à lit fluidisé, des bulles se forment dans le réacteur, qui mettent en mouvement les particules du catalyseur. Ce phénomène améliore le transfert de chaleur vers les tubes de l’échangeur thermique, contribuant ainsi au déroulement plus régulier du processus. D’autre part, le mouvement permanent des particules au cœur du réacteur a pour effet de préserver le catalyseur de l’action des composés insaturés éthylène et benzol. Le projet a ainsi permis de révéler de manière expérimentale les conditions techniques nécessaires à l’obtention d’un taux de rendement en méthane optimal. Ces résultats peuvent à présent être exploités pour une modélisation sensiblement plus précise des réacteurs chimiques.

Predicting the complex coupling of chemistry and hydrodynamics in fluidised bed methanation reactors for SNG production from wood (bio-SNG – fundamentals of methanation)