Dans une unité de production, Qairos Energies utilise une biomasse préparée selon des critères très spécifiques. Elle subit différentes transformations thermochimiques afin de produire des gaz verts (méthane ou hydrogène). Le procédé valorise en parallèle l’ensemble des coproduits : dioxyde de carbone, chaleur, résidus de broyage et cendres.
Une biomasse bien préparée pour des rendements optimisés
Avant d’amorcer le procédé de production, la biomasse doit être préparée pour obtenir le meilleur résultat possible. Ainsi, elle est tout d’abord séchée. En effet, une présence trop importante d’eau viendrait interférer avec les réactions chimiques mises en œuvre par la suite.
Afin de maximiser la production de biogaz, la biomasse est ensuite broyée très finement. Cette étape permet d’obtenir de toutes petites particules, et donc une surface de contact et d’échange plus importante. Les rendements de réaction sont ainsi optimisés.
Fabriquer des gaz verts avec la pyrogazéification
Le procédé Qairos Energies utilise une technologie appelée pyrogazéification pour fabriquer des gaz verts à partir de biomasse, principalement composée d’atomes de carbone, d’oxygène et d’hydrogène.
La fabrication du gaz de synthèse par pyrogazéification se déroule en 2 étapes distinctes :
- la pyrolyse d’abord,
- la gazéification ensuite.
Conjuguer haute température, petites particules, absence d’oxygène et séchage préalable maximise la décomposition de la biomasse. On en tire deux composés gazeux principaux :
- le monoxyde de carbone (CO),
- le dihydrogène (H2, plus généralement appelé hydrogène).
On obtient ainsi la réaction suivante CxHyOz à aCO + bH2.
Générer des gaz verts par la pyrolyse de biomasse
La première étape est donc une réaction de pyrolyse en l’absence d’oxygène. La biomasse est injectée sous pression à l’aide d’un gaz porteur. Celui-ci sert à transporter la matière dans une enceinte chauffée à très haute température (supérieure à 1000 °C). Il génère un mélange gazeux appelé gaz de synthèse.
Selon les proportions réciproques de carbone et d’oxygène dans la biomasse utilisée, une partie du carbone ne se transforme pas en gaz CO. On la retrouve sous forme de carbone appelé biochar.
À la fin de cette étape, les principaux produits issus de la réaction de pyrolyse sont :
- le monoxyde de carbone,
- l’hydrogène,
- le biochar.
Obtenir encore plus de gaz verts par la gazéification du biochar
La seconde étape est l’étape de gazéification du biochar. Dans l’enceinte suivante, l’ajout de vapeur d’eau sous pression et à haute température (inférieure à 1000 °C) fait réagir le biochar.
De cette façon, on génère une quantité supplémentaire de CO et H2. L’optimisation de la production des gaz verts diminue ainsi l’impact environnemental de l’unité de production.
L’addition de ces deux étapes — pyrolyse et gazéification — permet un rendement de réaction optimisé. Elle minimise ainsi la production de résidus issus de pyrolyse, plus communément appelés goudrons.
En effet, les goudrons sont des éléments à éliminer avant la suite du procédé. Ils agissent comme des impuretés pour les éléments de transformation du gaz de synthèse. Ils bouchent également les filtres et les tuyaux utilisés lors des étapes suivantes.
On constate l’avantage du procédé choisi par Qairos Energies : le gaz de synthèse issu de la biomasse agricole sélectionnée est particulièrement propre.
Plus d’hydrogène grâce à la réaction du gaz à l’eau
Pour transformer le monoxyde de carbone et maximiser la teneur en hydrogène du gaz de synthèse, on utilise une réaction de gaz à l’eau (Water Gas Shift). Elle met en œuvre la réaction chimique suivante : CO + H20 à CO2 + H2.
Cette réaction permet à la fois d’éliminer le monoxyde de carbone et d’augmenter la production d’hydrogène. Elle a lieu à moyenne température et sous pression en présence d’un catalyseur composé minéral. Il optimise le rendement de la réaction chimique et minimise la consommation d’énergie.
Cette réaction génère une quantité importante de chaleur réutilisée pour les étapes du process en nécessitant.
De la méthanation si nécessaire
On obtient après réaction de gaz à l’eau un mélange gazeux principalement composé de dioxyde de carbone et hydrogène.
Dans le cas de la production de méthane de synthèse, on fait réagir ce mélange gazeux dans une autre enceinte à moyenne température. Sous pression de nouveau et en présence d’un autre catalyseur, on obtient la réaction suivante : CO2 + 4H2 à CH4 + 2H2O.
Cette étape s’appelle la méthanation.
Elle génère principalement du CH4 (méthane de synthèse), de l’eau et une quantité très importante de chaleur. L’eau et la chaleur sont réutilisées à la demande dans certaines étapes du procédé. Le surplus de chaleur sera valorisé dans un réseau de chaleur extérieur au site.
Des produits finis directement exploitables
Les mélanges gazeux obtenus sont ensuite nettoyés et purifiés avant la séparation des produits finis.
La dernière étape est la séparation du mélange gazeux : soit H2/CO2 dans le cas de la production d’hydrogène ; soit CH4/CO2 dans le cas de la production de méthane pour obtenir les produits conformes aux spécifications visées par application.
Le méthane de synthèse est injectable directement dans le réseau gazier. L’hydrogène répondra aux spécifications des applications pour piles à combustible. Enfin, le dioxyde de carbone (gaz carbonique) est utilisable pour les applications agroalimentaires.