Production d’hydrogène par gazéification du charbon

Définition de gazéification (production hydrogène): La gazéification est un mode de production d’hydrogène consistant à chauffer du charbon, de la biomasse ou un hydrocarbure lourd à de hautes températures (500-1400°C) et des pressions élevées (>33 bars). (Garcia 2015)

[Je suis en train de reprendre cette partie. Mes sources assimilaient gazéification du charbon et pyrogazéification, ce qui n’est pas correct, tant sur le plan technique (la première tech est mature, la seconde doit encore passer à l’échelle) qu’écologique (la première est très polluante, la seconde est carbone-négative …). En outre, il faudrait vérifier si l’hydrogène produit est valorisé comme tel ou simplement brulé, comme c’est souvent le cas il me semble dans l’aciérie : on gazéifie le charbone pour produire de la coke, puis on brule le gaz de houille coproduit, riche en hydrogène, pour alimenter en chaleur les autres processus.]

Le processus de gazéification (charbon, biomasse …)

Une combinaison de plusieurs réactions

La gazéification serait en fait une combinaison de plusieurs réactions :

The chemistry of gasification is quite complex, involving a combination of cracking, partial oxidation, steam gasification, WGS and methanation reactions (Velez, Chejne, Valdez, Emery, & Londono, 2008).

Navarro et al. 2015

La réaction est globalement celle-ci :

Matière première + H2O + O2 = H2 + COx + CH4 + HCs + char + goudrons + autres (HCN, NH3, NCl …)

Cette réaction serait endothermique et son enthalpie serait de 120 à 160 kJ/mol. ( Navarro et al. 2015, p.27)

Garcia (2015) et Navarro et al. (2015) ne semblent pas d’accord sur la chaleur / pression. Alors que, selon le premier, le processus se déroulerait à 500-1400°C et >33 bars, pour les seconds ce serait 926-1126°C et 5-10 bars … Je n’ai évidemment pas les connaissances pour les départager.

Le processus pour produire de l’hydrogène

Navarro et al. 2015 nous proposent un schéma avec les stades suivantes:

• Les éléments de base (vapeur, oxygène et la matière première) sont préparés, puis injectés dans un gazificateur.
• Le résultat est nettoyé, puis passe dans un réformeur.
• Ensuite, on retrouve les deux unités pour faire la conversion catalytique (CO+H2O = CO2+H2), une à haute température, 400°C (HTWGS), l’autre autour de 200-300°C (LTWGS).
• Enfin, la purification.

Sur la préparation, en amont, de la biomasse, je vous renvoie à Garcia (2015, p.143-144) Idem pour les différents types de gazificateurs (avec lit fixe, lit fluide, flux guidé, à plasma, à eau supercritique …). ( Garcia 2015, p.145-155) Idem pour les différentes variables (agent gazifiant, température, catalyste …) (Garcia 2015, p.155-160).

Atouts et challenges de cette production d’hydrogène

Selon Garcia (2015, p.138, 161), ce mode de production aurait plusieurs atouts :

• Il produirait « moins de contaminants tout en produisant plus de carburant que les processus de combustion classiques ».
• Il atteindrait une performance électrique plus importante, 30-32% comparé à 22% avec un cycle conventionnel Rankine. (??)
• Produirait moins de NOX et SOX (= composés d’oxydes de souffre et de nitrates, que je devine toxiques).

Elle aurait aussi plusieurs challenges (Navarro et al. 2015; Garcia 2015, p.162): principalement retirer les goudrons et les cendres et éviter qu’ils ne désactivent le catalyseur.

La gazéification en pratique

Le prix de production de l’hydrogène par gazéification du charbon est entre 0.83 et 1.7$ par kg d’H2. La captation carbone élèverait le prix de 10% (Fossil Fuel Hydrogen, Technical, Economic and Environmental Potential).

Il y a eu deux projets de production d’hydrogène en France à partir de biomasse:

• « Wood-hy/hy-boy » porté par les communes des Landes d’Armagnac va produire de l’hydrogène à partir du bois de trituration des pins de la forêt Landaise. Il a été développé avec Enosis et est soutenu par Engie. Le site devrait entrer en production en 2022 et fabriquer 1000 tonnes d’hydrogène par an.
• VitrHydrogène vise à développer Hynoca (HYdrogen NO CArbon), un procédé industriel de Haffner Energy consistant à convertir une biomasse variée en hydrogène. Un premier démonstrateur devait démarrer en 2019 à Vitry-le-François.

Cet article fait partie de notre dossier “Hydrogène, autonomie et transition énergétique“.

Bibliographie :

• Département américain de l’énergie, « Hydrogen Production: Natural Gas Reforming »
• Navarro R.M., Guil R., Fierro J.L.G. (2015), Introduction to hydrogen production, in Compendium of hydrogen energy, Vol. 1 Hydrogen production and purification, éd. Woodhead Publishing, Kidlington, 2015
• Garcia L. (2015), Hydrogen production by steam reforming of natural gas and other nonrenewable feedstocks, in Compendium of hydrogen energy, Vol. 1 Hydrogen production and purification, éd. Woodhead Publishing, Kidlington, 2015