GENEPI
Equipement de gazéification pour plateforme innovante dédiée aux énergies nouvelles
Gasification Equipment for New Energy dedicated to a Plateform of Innovation
coordinateur : Thierry Chataing - CEA (LTB/DTBH/LITEN)
Partenaires - Partners
- Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA)
- CIRAD
- ARMINES
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Utilisateurs industriels et académiques associés aux partenaires du projet
- FCBA
- CEMHTI - Orléans UPR 3079
- IRGP
- CMI
- Saint Gobain
- AIR LIQUIDE
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Résumé
Le développement des énergies renouvelables et de la biomasse en particulier, est un enjeu majeur que le gouvernement Français souhaite transformer en relais de croissance pour la France et l’Europe, par la création, d’une filière innovante et performante de production de « biocarburant » à partir de gazéification de la biomasse.
Afin de disposer d’un équipement de recherche pertinent permettant de répondre aux enjeux nationaux et internationaux de la filière biocarburant de 2nde génération (liquide ou gazeux), le projet consiste à développer un outil expérimental de gazéification à flux entrainé pouvant fonctionner à haute pression et haute température, associé à une unité de préparation (torréfaction et broyage). De plus, un outil de modélisation et de simulation du fonctionnement du gazéifieur en cours de développement au CEA Grenoble pourra être validé à l’aide des résultats obtenus sur cet équipement.
En effet, dans le domaine de la gazéification, il n’existe aucun outil analytique en Europe de taille représentative (« échelle R&D sur le graphique ci-contre) permettant de répondre aux besoins identifiés par les centres de recherche et les industriels français et européens. Les démonstrateurs et pilotes sont onéreux, peu flexibles pour tester des innovations en rupture, et généralement insuffisamment instrumentés. En France, seule l’Ecole des Mines d’Albi (EMAC) dispose d’un outil de laboratoire de type RFE, de très petite taille (quelques milligrammes), et fonctionnant uniquement à pression atmosphérique. Son taux d’occupation (quasi 100 %), les nombreuses sollicitations extérieures dont il fait l’objet et publications qui y sont associées montrent l’intérêt croissant pour ce type d’installation. Il est certain que le dispositif Girofle, capable de fonctionner à haute température mais aussi à haute pression avec un débit de biomasse important, présentera un attrait encore plus grand auprès des acteurs du domaine, à la fois académiques et industriels. L’unicité de ce type d’installation et la flexibilité qu’elle présentera permet d’en faire un réel équipement d’excellence. Le partenariat académique existant autour des installations actuelles du laboratoire du CEA réunit les grands acteurs reconnus du domaine en France et en Europe, et sera renforcé par l’existence de ces moyens complémentaires uniques.
En complément, la réalisation d’une installation expérimentale de prétraitement de taille significative (Centorré) doit permettre de produire dans des conditions maîtrisées la biomasse
torréfiée qui sera la matière première alimentant le réacteur de gazéification Girofle et contribuera au développement et à l’optimisation de la filière torréfaction en tant que productrice d’intermédiaires biomasse standardisés.
Un grand nombre de verrous technologiques de la filière pourront être travaillés sur ces
installations et aboutir à des innovations directement transférable aux projets industriels pilotes :
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préparation de la ressource : les origines, les propriétés physiques et chimiques de la ressource sont très diverses. Leur injection dans un système sous pression à haute température demande à homogénéiser en termes de composition et de propriétés physiques par des mélanges et une préparation appropriée. La torréfaction à la taille du dispositif Centorré, donc avec des quantités significatives mais en gardant une approche très analytique, permettra de conduire les études nécessaires pour être en mesure de proposer un optimum adapté à la technologie d’injection dans un réacteur à flux entrainé.
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Injection : injection de solide ou mélange solide/liquide dans un procédé haute température et haute pression est aujourd’hui un domaine pour lequel il n’existe pas de solution adaptée aux différentes biomasses ou à des mélanges. La taille de Girofle permettrait de tester des concepts innovants basés sur des brevets CEA ou autres partenaires du projet.
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Gazéification : pour les procédés allothermiques ; il est indispensable de tester, à une échelle intermédiaire de R&D, l’injection d’énergie ou de matière sous diverses formes à différentes localisations du procédé, afin d’améliorer les rendements matières et énergie des procédés.
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Echangeurs : l’installation permettra également de tester des échangeurs innovants soit par leur conception soit par les matériaux qui le constituent, qui résistent aux conditions agressives et corrosives, sans perdre en efficacité, à une échelle qui ne soit pas rédhibitoire
vis-à-vis des investissements, en sortie de Girofle.
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Trempe chimique : aucune trempe chimique ne fonctionne correctement aujourd’hui à une taille pilote. Ce verrou important pour la rentabilité des installations de grande taille, pourra faire l’objet d’études de trempes variées sur Girofle.
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Gestion des cendres liquides : Girofle permettra d’étudier l’interaction entre les cendres fondues issues de la biomasse et les céramiques réfractaires, de par sa configuration de creuset chaud. (⇒ impact directement le CEMHTI, voir tableau joint)
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Nettoyage : la plate forme proposée va générer à partir de biomasse un mélange de gaz comportant les impuretés que l’on forme nécessairement dans ce type de procédé : il est indispensable de débarrasser le gaz de ces impuretés, en particulier à chaud et sous pression pour gagner en rendement énergétique. Aucun procédé n’existe actuellement : le champ d’innovation est donc largement ouvert, et des essais à des tailles moins analytiques que l’échelle de la paillasse mais plus petites que l’unité industrielle sont indispensables.
Cet équipement offre la possibilité d’ouverture à la communauté scientifique et aux industriels et offre un panel de développements très larges qui nécessite des compétences croisées et favorise la pluridisciplinarité du projet.
Grâce à un fonctionnement en plate-forme ouverte, l’installation sera au cœur de nombreux programmes nationaux et internationaux ainsi que de thèses. Elle permettra ainsi d’obtenir des
résultats innovants qui pourront être valorisés à travers des brevets et publications dans des
revues internationales.