Axe 3 – Décarbonation et intensification des procédés
Projets ciblés
Pas d’actualités
Objets scientifiques
L’axe 3 traite des innovations pour la décarbonation des processus industriels. Cet axe est structuré en trois sous-axes regroupés sous quatre thématiques :
Décarbonation des procédés industriels :
L’objectif des recherches menées dans le cadre de cet axe concerne principalement la conception de technologies de pointe pour réduire les émissions de CO2 des réactions/procédés chimiques.
Dans ce contexte, le projet ECOCHEM vise à revisiter les technologies catalytiques à partir de produits chimiques industriellement abondants et pertinents tels que N2, NH3, alcènes légers, alcools légers… En particulier, le développement de réactions en cascade, par une conception intelligente de systèmes catalytiques multifonctionnels, le couplage de la catalyse avec des technologies alternatives, un concept appelé catalyse assistée, et la transposition de réacteurs batch vers des réacteurs continu seront parmi les aspects scientifiques étudiés dans le cadre d’ECOCHEM. Par ailleurs, les procédés de demain devront être capables de s’adapter à un monde où l’économie circulaire sera devenue prédominante, où les déchets seront devenus une matière première avec une variabilité entraînant de nouvelles contraintes sur la conception et l’opérabilité des procédés, et où les énergies seront renouvelables et fluctueront en termes de production mais aussi en termes de coût en fonction de l’offre et de la demande. Ce sujet sera abordé dans l’appel à propositions « Processus multifonctionnels » qui vise à stimuler l’émergence de procédés flexibles et modulaires dotés d’une grande agilité pour s’adapter à une dynamique rapide.
L’acier et le ciment sont les matériaux de base de nos sociétés, et leur demande devrait continuer à croître, y compris en France. La réduction drastique des émissions de ces deux secteurs, nécessaire pour atteindre la neutralité carbone en 2050, nécessite l’émergence rapide de procédés de rupture. Malgré la reconnaissance de certains chercheurs français très réputés dans le domaine des bétons à faible teneur en carbone, la communauté française doit combler certaines lacunes pour rester dans la compétition internationale, notamment en augmentant le nombre de chercheurs impliqués dans la décarbonation de l’industrie cimentière. De la même manière, les quelques équipes de recherche actives dans le domaine de la décarbonation de l’industrie sidérurgique sont à la pointe au niveau international, mais elles sont également très peu nombreuses. L’appel à manifestation d’intérêt « Décarbonation des industries du fer, de l’acier et du ciment » visera à structurer et à stimuler une communauté de recherche sur ce sujet, leur permettant de fournir des solutions innovantes pour décarboner les industries fortement émettrices de carbone.
Captage du CO2 pour éliminer les émissions résiduelles de CO2
Le captage du CO2 est une solution clé pour la décarbonation de l’industrie, en particulier pour celles dont les émissions sont difficiles à supprimer. Cependant, certains défis restent à relever en termes de pénalité énergétique, de coût, de ressources, de performance… pour permettre le déploiement du captage du CO2 à grande échelle.
Le projet IMOSYCCA (Intensified Modular Systems for friendly CO2 capture) vise à développer des solutions permettant d’atténuer les émissions de CO2 à petite et moyenne échelle qui ne sont pas couvertes aujourd’hui par les technologies existantes. Non seulement les coûts de capture, qui ont tendance à augmenter à petite échelle, doivent être raisonnables pour les émissions de CO2 à petite et moyenne échelle, mais il est également nécessaire d’offrir des solutions respectueuses de l’environnement qui ne modifient pas les contraintes d’autorisation des utilisateurs finaux. La communauté scientifique nationale travaille depuis une quinzaine d’années sur l’intensification des technologies de captage du CO2, en utilisant des procédés membranaires ou des RPB (Rotating Packed Bed). Cette communauté devrait être renforcée par ceux qui sont en mesure de proposer de nouveaux solvants, éventuellement biosourcés. Un lien pourrait être établi si nécessaire avec le PEPR Produits biosourcés et biotechnologies industrielles, Combustibles durables.
Le projet ciblé CATALPA (Capture du CO2 à faible pénalité énergétique ou décarbonée) vise à encourager les milieux et procédés séparatifs innovants impliquant des hydrates de gaz, des MOF (Metal Organic Frameworks), des charbons actifs adaptés ou modifiés et des solvants, qu’il s’agisse de solvants eutectiques profonds ou de solvants précipitants. Certains de ces procédés, tels que la régénération des sorbants par micro-ondes ou l’électrodialyse, utilisent de l’électricité décarbonée et ont donc une empreinte carbone plus faible. CATALPA aborde des voies spécifiques de réduction de la consommation d’énergie et est donc complémentaire d’IMOSYCCA. CATALPA se concentrera sur les matériaux (solides ou liquides) et les solutions pour leur régénération.
Le projet ciblé OXY3C (Carbon capture by eco-efficient oxycombustion processes) porte sur la décarbonation de la production de chaleur dans l’industrie. La plupart des secteurs industriels utilisant des chaudières pour les services publics sont concernés par la production de chaleur qui représente un énorme potentiel pour le CCSC. Plus précisément, le développement de procédés Capture and Storage) d’oxycombustion est d’un intérêt primordial pour les centrales thermiques ainsi que pour les secteurs manufacturiers utilisant des procédés à haute température et à fortes émissions de carbone, comme les usines de verre, d’acier, de pétrochimie ou de ciment. OXY3C permettra des connexions fortes au sein des projets du PEPR SPLEEN, tels que ECOCHEM puisque l’oxycombustion est une voie de décarbonation pour l’industrie du ciment et de la chimie, Power CO2 pour les spécifications CO2 nécessaires à sa conversion, ainsi que sur le thème de la décarbonation de la production de chaleur (via l’hydrogène, l’ammoniac, la biomasse…) abordé dans l’appel à projets « Décarbonisation de la chaleur : utilisation de l’hydrogène, de l’ammoniac, de la biomasse, contrôle des émissions » notamment par le développement de procédés à très faibles émissions de NOx, la production d’e-carburant via la récupération du CO2, les questions d’up-scalingde montée en échelle de maturité industrielle, et instrumentation spécifique. Un lien pourrait être établi avec le PEPR Produits biosourcés et biotechnologies industrielles, carburants durables. La mise en réseau des membres du consortium devrait permettre une exploitation rapide des connaissances et des outils développés pour relever le défi de la décarbonisation d’ici 2050.
Deux appels à manifestation d’intérêt viendront compléter les trois projets ciblés consacrés au captage du CO2. Plus précisément, différentes voies ont été identifiées pour la réduction des coûts, qui est un enjeu majeur pour le déploiement des technologies : la réduction de la pénalité énergétique, abordée dans CATALPA, la modularisation permettant un grand volume de production, abordée dans l’appel à manifestation d’intérêt Processus modulaire : un défi majeur pour l’adoption en masse des processus de capture du carbone pour les petits émetteurs, et l’effet d’échelle abordé dans l’appel à manifestation d’intérêt Mise à l’échelle du processus : un défi majeur pour l’adoption en masse des processus CCUS. (Carbon Capture Usage and Storage). Les technologies intensifiées proposées dans IMOSYCCA seront des technologies spécifiquement adaptées à la conception d’unités modulaires respectueuses de l’environnement. Des synergies seront encouragées avec les projets répondant à l’appel à manifestation d’intérêt Processus modulaire : un défi majeur pour l’adoption en masse des processus de capture du carbone pour les petits émetteurs qui devraient bénéficier des nouvelles technologies issues de l’intensification des processus, en termes, entre autres, de compacité de l’équipement. Encore faudra-t-il que ces solutions soient mises sur le marché à un coût d’investissement minimisé. C’est l’objet de l’appel à manifestation d’intérêt « Process up-scaling : a key challenge for CCUS processes mass adoption » (L’intensification des procédés : un défi majeur pour l’adoption en masse des procédés CCUS).
Le couplage des procédés de captage et de conversion du CO2
Le couplage des procédés de captation et de conversion du CO2 fait l’objet d’un appel à propositions. Bien que l’efficacité de la captation du CO2 à l’aide de solvants d’absorption ait été démontrée et que de nombreuses méthodes de valorisation du CO2 pur soient en cours de développement, y compris des procédés biologiques, il n’existe pas encore de procédés couplés de captage/valorisation à l’échelle industrielle. L’appel à propositions Nouveau procédés concertés de captage/valorisation du CO2 vise à stimuler le développement de séquences innovantes de captage couplé à la valorisation, dans le but de réduire la pénalité énergétique et les coûts grâce à l’exploitation des synergies des procédés.