Projet OXY-3C

Captage du CO₂par Oxycombustion

Le projet vise à améliorer la connaissance et les compétences en oxycombustion, considéré comme un process majeur pour décarboner la production de chaleur dans l’industrie. Dans ce contexte, un consortium de spécialistes en oxycombustion issu de la communauté française de la combustion souhaite optimiser les procédés d’oxycombustion pour la captation de carbone en considérant deux approches :

La combustion en boucle chimique (CLC, chemical looping combustion) pour la biomasse
Les flammes oxycombustibles pour le biogaz.

Le projet est basé sur l’expertise reconnu du consortium sur des diagnostics poussées appliqués aux infrastructures expérimentales d’oxycombustion et à la simulation numérique haute-performance pour construire des bases de données affinées et des outils numériques de modélisation pour le développement de technologies sobres, à haute efficacité énergétiques, convenant à un grand nombre d’applications : turbines de gaz, chaudières, verre, acier, centrale électriques, cimenterie…

L’ambition de ce projet est de tirer profit de la haute efficacité et de la quantité considérable de CO₂ dans le gaz de combustion et de se focaliser sur les orientations applicables pour les émissions négatives de carbone : biogaz, syngas, gaz de combustion.

L’objectif scientifique est de s’intéresser sur les transporteurs d’oxygène dilués dans le CO₂ (air enrichi non priorisé) :

Contrôle de la libération de chaleur (en considérant l’hydrodynamisme dans le lit fluidisé pour la CLC, une structure de flamme spécifique et la stabilisation de l’oxycombustion)
La description, la modélisation numérique et la simulation du transfert de chaleur (convection, radiation, paroi de transfert)
La réduction d’émissions polluantes et l’évitement de l’encrassement : NOX, CO, suie et particules, quantification des espèces chimiques résiduelle (CO₂, H2S, Nox, HAP, COV, métaux lourds)
Contrôle de la haute volatilité de la biomasse et impact du goudron pour le CLC.

Durée de cinq ans – Budget de 2,88M€

En ce qui concerne les applications de l’oxyflamme, le projet intensifiera l’analyse multiphysique basée sur des diagnostics laser avancés pour des mesures in situ dans des conditions complexes, améliorera les modèles cinétiques des flammes d’oxyfuel avec une dilution élevée de CO₂ et d’eau, et développera une simulation numérique haute-fidélité tout en appréhendant le transfert ultérieur vers l’industrie.

Les deux approches seront testées à l’aide de deux méthodes différentes :

L’usage de séparation cryogénique d’oxygène par électricité (ASU) ou membranes ou gaz de combustion d’électrolyseurs dans les industries
Eviter la consommation d’énergie des ASU par des oxydes de métal comme transporteurs d’oxygène dans le processus d’oxycombustion.

Synergies attendues : travaux du PEPR sur la décarbonation de la production de chaleur (via l’hydrogène, l’ammoniac, la biomasse), le contrôle des émissions (en particulier le développement de procédés à ultra-faibles NOx, la production d’e-fuel via la récupération de CO₂, enjeux de mise à l’échelle, instrumentation spécifique.

8 doctorants et 4 post-docs attendus.