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RÉSUMÉ
Le secteur du transport a un impact important sur les émissions de gaz carbonique, contribuant de manière significative au changement climatique. Dans ce contexte, le secteur aéronautique entreprend des efforts importants pour améliorer son empreinte carbone par l’utilisation de carburants verts ou décarbonés. L’hydrogène apparaît comme une solution d’avenir en tant que carburant pour les systèmes aéronautiques (avions et dispositifs au sol). Cet article aborde les procédés de production d’hydrogène renouvelable et vert à partir de carbone issu de la photosynthèse. Les procédés comme la co-électrolyse de l’eau, la pyrolyse et la gazéification de la biomasse et des biodéchets, le reformage du biogaz et la conversion biologique de la biomasse et des biodéchets.
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It is well established that the transport sector contributes significantly to the global warming because of the high Carbon dioxide emission rate. A significant effort is being made in aeronautics for instance to green this sector. Green and decarbonized hydrogen processes taken at different Technology Readiness Levels (TRL) are considered in this article It mainly concerns co-electrolysis of water with CO2, pyrolysis and gasification of biomass and biowaste, reforming of biogas and biological conversion of both biomass and biowaste.
Auteur(s)
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Ange NZIHOU : Professeur - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
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María GONZALEZ MARTINEZ : Maître Assistante - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
-
Doan PHAM MINH : Maître de Conférences (HDR) - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
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Lina María ROMERO MILLAN : Chercheuse post-doctorale - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
-
Yves GOURINAT : Professeur - ISAE-SUPAERO, UMR CNRS 5312 ICA
INTRODUCTION
L’hydrogène constituera probablement une source majeure d’énergie embarquée sur le véhicule du futur. L’avion est ici présenté comme l’archétype du véhicule certifié, dans une approche globale qui intègre d’une part les moyens environnementaux aptes à produire, stocker et distribuer ce futur carburant, et d’autre part son utilisation à bord. L’avion est ainsi considéré comme un système opérationnel réalisant la mission de transport de passagers ou de fret dans un cadre décarboné. C’est donc un enjeu majeur qui touche le secteur aérien, mais aussi par diffusion l’ensemble des mobiles. Cet enjeu concerne aussi les équipements au sol dans le système aéronautique.
Dans cet article, la production d’hydrogène vert est abordée à partir de deux approches qui sont la co-électrolyse du CO2 et de molécules organiques et essentiellement les procédés de conversion thermochimique et biologiques de la biomasse et de déchets. Ainsi, de l’hydrogène vert, d’origine biosourcé et/ou renouvelable, peut être obtenu, par opposition à l’hydrogène gris traditionnellement produit à partir des combustibles fossiles et des énergies non renouvelables (abordés dans l’article [BE 8 565]). Les différentes technologies identifiées dans la littérature seront discutées. Ces deux filières permettent d’envisager à court terme l’usage de ce carburant dans des conditions opérationnelles et certifiées, probablement meilleures que celles qui prévalent pour les hydrocarbures.
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KEYWORDS
biomass | green fuel | pyrogasification | biogaz reforming | biowastes
DOI (Digital Object Identifier)
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Co-électrolyse du dioxyde de carbone et de molécules organiques
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5. Glossaire
Biogaz ; Biogas
Mélange essentiellement constitué de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2) produit par la décomposition biochimique des matériaux organiques dans un milieu contenant peu ou pas d’oxygène.
Électrode ; Électrode
Conducteur électrique ou ionique capable de capter ou libérer des électrons. On distingue ainsi l’anode et la cathode. En chimie, l’anode est l’électrode où a lieu une réaction électrochimique d’oxydation. Au contraire, la cathode est l’électrode où se produit une réaction électrochimique de réduction.
Électrolyse ; Electrolysis
Processus de conversion de l’énergie électrique en énergie chimique. L’électrolyse permet la décomposition de certaines substances à partir du passage d’un courant électrique. L’électrolyse permet la synthèse de molécules comme le dihydrogène, à partir de l’eau.
Enzyme ; Enzyme
Protéine avec des propriétés catalytiques, permettant de diminuer l’énergie nécessaire à une réaction biochimique. Les enzymes interviennent pratiquement dans tous les processus métaboliques des cellules.
Niveau de maturité technologique ; Technology readiness level (TRL)
Système de mesure employé pour évaluer le niveau de maturité d’une technologie. L’échelle comporte 9 niveaux de maturité. Plus le niveau est élevé, plus la technologie est adaptée à son déploiement sur le marché (commercialisation). Les TRL 1 à 3 sont en relation avec la phase de recherche, les TRL 4 à 6 avec la phase de développement, et les TRL 7 à 8 concernent la phase d’industrialisation et commercialisation.
Pile à combustible ; Fuel Cell (FC)
Dispositif électrochimique dans lequel la génération d’une tension électrique se fait grâce à l’oxydation sur une électrode d’un combustible (par exemple l’hydrogène), avec la réduction d’un agent oxydant (par exemple l’oxygène).
Procédé Fisher-Tropsch ; Fisher-Tropsch synthesis
Procédé catalytique de production d’hydrocarbures à longues chaînes à partir de syngas.
Adsorption par inversion de pression ; Pressure Swing Adsorption (PSA)
Procédé...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TODD (D.), SCHWAGER (M.), MÉRIDA (W.) - Thermodynamics of high-temperature, high-pressure water electrolysis. - Journal of Power Sources, 269, 424-429 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.06.144.
-
(2) - BRISSE (A.), SCHEFOLD (J.), ZAHID (M.) - High temperature water electrolysis in solid oxide cells. - International Journal of Hydrogen Energy, 33, 5375-5382 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.07.120
-
(3) - DEKA (D.J.), KIM (J.), GUNDUZ (S.), FERREE (M.), CO (A.C.), OZKAN (U.S.) - Temperature-induced changes in the synthesis gas composition in a high-temperature H2O and CO2 co-electrolysis system. - Applied Catalysis A: General, 602, 117697 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apcata.2020.117697
-
(4) - NZIHOU (A.), editor - Handbook on Characterization of Biomass, Biowaste and Related By-products. - Springer International Publishing (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-35020-8
-
(5) - JU (H.), BADWAL (S.), GIDDEY (S.) - A comprehensive review of carbon and hydrocarbon assisted water electrolysis for hydrogen...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Loi n° 2009-967 du 3 août 2009 de programmation relative à la mise en œuvre du Grenelle de l’environnement (1), 2009.
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