Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
La valorisation de la biomasse est au cœur des interrogations sur les ressources énergétiques au cours du xxie siècle. Pour les biomasses humides, un procédé intéressant de valorisation est la gazéification en eau supercritique, qui permet la production d'un gaz énergétique très intéressant de par son origine non fossile. La gazéification en eau supercritique s'adresse plus particulièrement à des biomasses très humides. L'influence des conditions opératoires principales sur la nature et les rendements de conversion de ce procédé sont détaillés et les pilotes de laboratoire les plus importants sont présentés.
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Biomass valorization is at the heart of the questions concerning energetic resources in the twenty-first century. Regarding humid biomass, gasification in supercritical water is an interesting valorization process as it allows for the production of a valuable energetic gas due to its non-fossil origin. Gasification in supercritical water concerns more specifically very humid biomass. The influence of the principal operating conditions on the nature and conversion yield of this process are detailed and the most important laboratory pilots are presented.
Auteur(s)
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Olivier BOUTIN : Ingénieur École nationale supérieure des Industries chimiques, Docteur en Génie des procédés - Ingénieur-chercheur au Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA Marcoule)
-
Jean-Christophe RUIZ : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA Marcoule) - Responsable du projet Eau supercritique au sein du laboratoire des Procédés supercritiques et de Décontamination.
INTRODUCTION
La valorisation de la biomasse est au cœur des interrogations sur les ressources énergétiques au cours du xxie siècle. Elle en est un des enjeux majeurs. Le terme biomasse regroupe des significations très diverses, depuis une biomasse noble destinée à l'alimentation, comme les céréales, jusqu'à des biomasses assimilables à des déchets comme les vinasses issues de la fabrication de betterave ou les boues biologiques de station d'épuration. Dans le cas des biomasses humides un procédé de valorisation d'intérêt est la gazéification en eau supercritique. Ce procédé permet d'éviter une étape de séchage et, moyennant des conditions de pression et de température adéquates, la production d'un gaz énergétique pouvant contenir de l'hydrogène, du méthane, du monoxyde de carbone et/ou des hydrocarbures légers. L'intérêt suscité par ce procédé est donc à situer dans la problématique globale de l'accès à une énergie d'origine non fossile ainsi que dans la problématique des gaz à effet de serre, l'utilisation de biomasse s'insérant dans un cycle court du carbone. La gazéification en eau supercritique s'adresse plus particulièrement à des biomasses très humides (plus de 70 % d'humidité) qu'il n'est donc pas nécessaire de sécher au préalable. Les températures de réaction sont relativement basses (maximum de 700 °C), comparées aux procédés de gazéification en voie classique ou sèche (typiquement 900 °C). Cela limite la production de gaz polluants, type dioxines ou NOx. De même, le milieu aqueux de solvatation permet de limiter la formation de solides et de goudrons. Les gaz visés sont l'hydrogène principalement, mais également un mélange hydrogène et monoxyde de carbone (mélange pour la synthèse Fisher Tropsch), ou la production de méthane. L'influence des conditions opératoires principales sur la nature et les rendements de conversion sera détaillée dans cet article (pression, température, concentration initiale de la biomasse, présence ou non de catalyseurs). Le développement industriel de ce procédé n'étant pas réalisé à ce jour, les pilotes de laboratoire les plus importants (jusqu'à 100 kg.h-1) seront présentés.
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Généralités sur la gazéification en eau supercritique
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2. L'eau supercritique
2.1 Propriétés de l'eau supercritique
Dans le diagramme (pression, température) d'un corps pur, la ligne de coexistence des phases gaz et liquide se termine par le point critique du corps considéré. Pour des valeurs supérieures à cette pression et à cette température critiques, une seule phase existe, appelée phase supercritique, pour laquelle il n'y a pas de discontinuité lors du passage à l'état liquide ou gazeux par variation de pression ou de température. De façon générale, les fluides supercritiques ont des propriétés particulières, communes et d'intérêt, comme une masse volumique assez élevée, parfois proche de celle des liquides, une faible viscosité proche des gaz et de bons coefficients de transfert. Cela leur confère de bonnes propriétés de solvant et justifie l'intérêt pour la mise en œuvre de réactions chimiques ou de diverses opérations unitaires. Les deux composés les plus utilisés dans leur domaine supercritique sont le CO2 (extraction, fractionnement, imprégnation, cristallisation...) [CHV4010] et l'eau (oxydation hydrothermale de déchets, synthèse matériaux...) [J4950]. Les premières utilisations de l'eau supercritique sont décrites, par exemple, après la Seconde Guerre mondiale, dans des turbines pour des conditions de température et de pression de 550 °C et 25 MPa. Dans cet article, nous nous intéressons aux propriétés particulières de l'eau supercritique en tant que solvant particulier d'une réaction...
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L'eau supercritique
BIBLIOGRAPHIE
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