Une étape technologique importante : la production de carburant d'aviation durable devient plus efficace
Le KIT et Sunfire réussissent dans le projet Copernicus P2X une mise à niveau technologique pour une production de carburants neutre en CO2
Les carburants tels que le kérosène peuvent être produits à partir deCO2, d'eau et d'électricité verte grâce à des procédés Power-to-Liquid respectueux du climat. Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) l'ont déjà démontré avec des installations en fonctionnement réel. Aujourd'hui, dans le cadre du projet Copernicus P2X, les chercheurs ont pour la première fois couplé le procédé de co-électrolyse hautement efficace à la synthèse de carburant à une échelle industrielle, avec une puissance de 220 kilowatts. Le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) soutient le projet.
Pour atteindre les objectifs climatiques, l'Europe a besoin d'alternatives vertes pour les applications qui ne peuvent que difficilement être électrifiées. "Le trafic aérien, en particulier, dépendra jusqu'à nouvel ordre du kérosène produit de manière durable", explique le professeur Roland Dittmeyer de l'Institut de technologie des microprocédés (IMVT) du KIT. "Les carburants synthétiques produits par des procédés power-to-liquid avecdu CO2 de l'atmosphère ou de sources biogènes, de l'eau et de l'électricité verte sont particulièrement adaptés". Dittmeyer est porte-parole du projet Kopernikus P2X et dirige les travaux de recherche correspondants au KIT. Le projet a désormais franchi une étape technologique importante sur la voie du carburant d'aviation durable : le couplage, unique au monde, de la technologie innovante et hautement efficace d'électrolyse vapeur d'eau/CO2"Co" du partenaire industriel Sunfire à l'échelle industrielle (220 kilowatts de puissance d'électrolyse) directement avec la synthèse.
La co-électrolyse rend le power-to-liquid plus efficace
Le kérosène synthétique est produit à l'Energy Lab du KIT selon un procédé en plusieurs étapes dans des installations modulaires. Tout d'abord, du gaz de synthèse - un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone - est produit à partir deCO2 et d'eau. En principe, le gaz de synthèse peut être produit de différentes manières. Dans la nouvelle configuration, on utilise un module de co-électrolyse d'une puissance de 220 kilowatts du partenaire industriel Sunfire, qui simplifie cette étape du procédé et surtout la rend plus efficace. "La particularité de la co-électrolyse est qu'elle transforme directement la vapeur d'eau etle CO2 en gaz de synthèse de manière électrochimique et très efficace en une seule étape. Jusqu'à 85 pour cent de l'énergie électrique utilisée pour ce processus se retrouve sous forme d'énergie chimique dans le gaz de synthèse. En outre, le couplage a permis de démontrer que notre co-électrolyse présentait une disponibilité et une fiabilité très élevées de l'installation et pouvait ainsi fournir à tout moment du gaz de synthèse dans la qualité souhaitée", explique Hubertus Richter, ingénieur principal R&D Project Management & Process Engineering chez Sunfire. "Ainsi, la production séparée d'hydrogène, habituellement suivie de la production de gaz de synthèse, n'est plus nécessaire, ce qui augmente considérablement l'efficacité de l'ensemble du processus vers les carburants synthétiques".
Pour le fonctionnement couplé de la co-électrolyse et de la synthèse de carburant, les chercheurs ont en outre intégré un compresseur avec des dispositifs de sécurité dans la chaîne de processus, avec lequel le gaz de synthèse est amené à la pression de réaction. Ensuite, dans un réacteur microstructuré, le gaz de synthèse est transformé par synthèse Fischer-Tropsch en hydrocarbures à longue chaîne - ce qu'on appelle le syncrude - qui peuvent être utilisés directement pour la production de carburants comme le kérosène ou d'autres produits chimiques. Cette technologie de réacteur a été développée par des scientifiques du KIT et est déjà commercialisée par INERATEC, une spin-off du KIT. À l'avenir, il est prévu d'utiliser en plus la chaleur produite lors de la synthèse sous forme de vapeur pour la co-électrolyse. Cela permettrait de réduire encore les besoins énergétiques de l'ensemble du processus et de montrer la préparation du produit pour obtenir le produit cible, le kérosène, à cette échelle. La combinaison de ces étapes de processus permet une utilisation optimale du dioxyde de carbone utilisé et le plus grand rendement énergétique possible, car en plus des flux d'énergie, les flux de matières peuvent être recyclés efficacement au sein de la chaîne de processus.
Dans la prochaine étape, une tonne de kérosène par jour
Les chercheurs du KIT ont testé avec succès l'intégration de la co-électrolyse lors d'une campagne en conditions réelles, produisant jusqu'à cent litres de Syncrude par jour. L'exploitation couplée marque une étape importante dans la deuxième phase de financement du projet Copernicus P2X. L'installation va maintenant être agrandie pour pouvoir produire jusqu'à 300 litres de Syncrude par jour. Au cours de la troisième et dernière phase de financement, l'équipe de recherche construit en parallèle une plus grande installation de production de Fischer-Tropsch par INERATEC dans le parc industriel Höchst près de Francfort. "C'est là qu'une production à l'échelle de la tonne sera réalisée pour la première fois", explique Dittmeyer. Le produit transformé en kérosène synthétique sera ensuite utilisé pour des tests de moteurs chez des fabricants de turbines et des partenaires de recherche. Des analyses parallèles garantissent que le carburant répond aux normes strictes de l'aviation.
À propos du projet Copernicus P2X
Dans le projet Copernicus P2X, les partenaires Climeworks, Sunfire, INERATEC et l'Institut für Mikroverfahrenstechnik am Energy Lab du KIT mettent en place et exploitent une chaîne de processus intégrée. Suivant le concept "Power-to-Fuel", des carburantsneutres en CO2, également appelés E-Fuels, peuvent ainsi être produits. Le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) soutient le projet. Dix-huit partenaires issus de l'industrie, de la science et d'organisations de la société civile participent au projet.
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