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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
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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
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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
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Production biologique de l’hydrogène
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2. Thermoconversion de la biomasse, des biodéchets et du biogaz
En complément de l’électrolyse, la production d’hydrogène renouvelable à partir de biomasse et de biodéchets représente une voie économique et sociétale pertinente.
La biomasse constitue l’ensemble des matières organiques d’origine végétale ou animale. Les bioressources peuvent être issues des forêts, des déchets organiques, des effluents d’élevage, des coproduits agricoles ou des milieux marins et aquatiques. L’article 19 de la loi n° 2009-967 de programmation relative à la mise en œuvre du Grenelle de l’Environnement, du 3 août 2009, définit la biomasse comme « La fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l’agriculture, y compris les substances végétales et animales, issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers ».
Les bioressources considérées dans cet article pour la production d’hydrogène par voie thermochimique (pyrolyse, gazéification et reformage) sont la biomasse lignocellulosique, les biodéchets et le biogaz. La biomasse est la source d’énergie renouvelable la plus utilisée en raison de ses qualités énergétiques et environnementales. En effet, la biomasse est la seule source abondante de carbone renouvelable qui peut être utilisée pour produire des biocarburants. De plus, lors de la conversion de la biomasse, le bilan carbone est neutre dans la mesure où le CO2 libéré est ensuite réabsorbé par photosynthèse lors de la croissance de la plante, dans un délai variable, de quelques mois à quelques décennies.
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Biomasse lignocellulosique
La matière lignocellulosique est la partie fibreuse présente dans la paroi des cellules des végétaux comme le bois, les pailles ou les cosses. La biomasse lignocellulosique est composée principalement de trois polymères : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Cette biomasse, qui ne fait pas partie de la chaîne alimentaire humaine, est d’un grand intérêt pour la valorisation énergétique puisqu’elle est non seulement la seule ressource renouvelable susceptible de répondre à la demande en carburants liquides mais qu’elle représente également un gisement potentiellement disponible. Le bois est un exemple typique d’une biomasse lignocellulosique....
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Thermoconversion de la biomasse, des biodéchets et du biogaz
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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