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Résumé

par Karine Ballerat - 6 mai 2016

Toutes les versions de cet article : English , français

Les techniques de Capture et Stockage du dioxyde de Carbone (CSC) appliquées à des sources fixes de dioxyde de carbone (CO2) sont actuellement parmi les méthodes les plus prometteuses pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Ces techniques sont basées sur la séparation sélective du CO2 des effluents industriels par absorption chimique. Un des avantages de cette technologie est sa facilité d’intégration dans des sites industriels existants. Le procédé de capture est basé sur des cycles d’absorption/désorption de gaz dans une solution aqueuse. Les absorbants les plus courants sont des alcanolamines, déjà utilisées pour la désacidification du gaz naturel. Les solutions aqueuses d’amines chargées en CO2 sont ensuite régénérées par désorption et le solvant est renvoyé dans l’absorbeur. Le dioxyde de carbone est alors comprimé et transporté pour usage ultérieur ou stockage. Le principal inconvénient de cette technique réside dans le coût élevé - tant financier qu’énergétique - de l’étape de désorption/compression.

Le projet proposé s’appuie sur une combinaison entre des méthodologies de simulation moléculaire, des mesures expérimentales et sur le développement de modèles thermodynamiques robustes, afin de fournir des informations clés sur l’organisation moléculaire des solutions aqueuses d’amines et sur les relations structure-propriétés. Dans le cadre de la recherche de meilleurs solvants, la combinaison de ces trois dimensions scientifiques permettra de fournir des objectifs clairs et bien définis pour le développement de procédés à l’échelle industrielle. Dr Coxam et Dr Ballerat-Busserolles, membres de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF, UMR CNRS 6296) ont développé une expertise forte dans le domaine de la thermodynamique expérimentale pour la description de systèmes eau-amine-CO2 d’intérêt pour les procédés de captage du CO2. Leurs travaux ont mené à de nombreuses avancées dans la connaissance des propriétés énergétiques de ces systèmes. Afin de comprendre les comportements induits par les différents solvants, il est nécessaire d’étudier les interactions mises en jeu dans ces systèmes à l’échelle moléculaire. Des méthodes de simulation moléculaire (Monte Carlo, dynamique moléculaire) adaptées à ces travaux ont été développées par Dr Goujon (ICCF), dans le cadre de systèmes non réactifs. Pr Smith (Université de Guelph, Canada) est l’inventeur de l’algorithme de Monte Carlo dans l’ensemble réactif (Reaction Ensemble Monte Carlo, REMC) pour la simulation de réactions chimiques à l’échelle moléculaire, qu’il a appliqué durant les dernières années sur une grande variété de systèmes simples. L’extension de cette technique pour la description des équilibres réactionnels dans les systèmes eau-amine-CO2 constitue un outil prometteur pour la possibilité de simuler de tels systèmes de façon réaliste.

Ce projet est basé sur une synergie forte entre les laboratoires français et canadiens grâce à l’alliance de leurs compétences uniques pour décrire de façon réaliste les interactions mises en jeu dans les systèmes eau-amine-CO2. L’étude se focalisera dans un premier temps sur la méthodologie pour le développement d’un modèle complet pour la capture du CO2 dans une solution aqueuse de monoéthanolamine à l’échelle moléculaire. La spéciation chimique dans la phase liquide et les équilibres liquide-vapeur seront traités simultanément. Les grandeurs nécessaires aux simulations seront déterminées par le développement de modèles d’interactions à l’échelle moléculaire (champs de forces), en s’appuyant sur des mesures expérimentales spécifiques. Ces résultats aideront à comprendre l’effet de la structure moléculaire des solutions sur leurs propriétés thermodynamiques, et plus particulièrement leurs propriétés énergétiques. Cette méthodologie sera ensuite étendue à différentes alcanolamines pour l’usage dans les procédés de capture du dioxyde de carbone.

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