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Power-to-Fuel

Nouveaux procédés de production de sources d'énergie neutres pour le climat, basés sur le biogaz et l'électricité excédentaire renouvelable

Face aux efforts nationaux et internationaux ambitieux visant à atténuer le changement climatique d'origine anthropique au cours des prochaines décennies, les sources d'énergie renouvelables et biogènes (SER) ont pris une importance croissante ces dernières années.


En raison de la promotion et de la subvention constante des énergies renouvelables, celles-ci sont devenues une partie essentielle et déterminante de la production d'énergie, en particulier dans le secteur de l'électricité. En raison des grandes capacités de production des fournisseurs d'électricité fluctuants tels que les centrales éoliennes et solaires, cela conduit inévitablement à ce que des mesures compensatoires doivent être prises de plus en plus fréquemment à tous les niveaux du réseau électrique afin de compenser les déficits ou les excédents de performance et de garantir la fonctionnalité et la durée de vie technique des centrales. Afin de ne pas avoir à réglementer les installations d'énergies renouvelables et donc de ne pas laisser inutilisée une partie de l'énergie potentiellement produite par ces installations, diverses options de stockage ont été de plus en plus au centre des recherches ces dernières années. L'électrolyse de l'eau est considérée depuis un certain temps comme la technologie clé pour le stockage efficace de l'électricité excédentaire. Dans le plan de protection du climat 2050 du gouvernement allemand, il est désigné comme un élément essentiel pour atteindre la plus grande neutralité climatique possible pour l'Allemagne.

Les forces motrices sont, d'une part, les coûts énergétiques en constante augmentation, qui encouragent les économies et les mesures visant à accroître l'efficacité, et, d'autre part, les possibilités d'utiliser le potentiel énergétique pour couvrir ses propres besoins en électricité et en chaleur. Outre les questions d'approvisionnement et d'utilisation de l'énergie, l'accent est également mis sur la protection du climat et la prévention des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine.

Lorsque l'on envisage les futurs systèmes d'approvisionnement en énergie, l'accent est mis non seulement sur l'approvisionnement en énergie électrique conventionnelle, mais aussi, de plus en plus, sur l'utilisation ou le stockage de l'énergie (excédentaire).

Dans ce contexte, le FiW travaille actuellement sur plusieurs projets portant sur le stockage des énergies renouvelables et la réduction des émissions de CO2.

Synthèse du méthanol à partir des gaz résiduaires de l'usine d'incinération des déchets sur le site de Bonn

Compte tenu de la fermeture imminente des centrales à charbon dans la région minière rhénane, l'attention se portera alors de plus en plus sur les installations d'incinération des déchets, qui sont les plus gros émetteurs de CO2. En même temps, cependant, elles offrent une source de CO2 exceptionnelle pour les technologies innovantes de couplage sectoriel.

Une technologie innovante de couplage sectoriel consiste à lier le CO2 des gaz d'échappement des usines d'incinération de déchets et à le faire réagir avec l'H2 pour former un combustible vert : le méthanol. La synthèse du méthanol peut être utilisée pour réaliser des synergies de grande envergure pour l'utilisation et le stockage des énergies renouvelables, la réduction desémissions de CO2 et la production d'électricité.

Dans un contexte où l'introduction à grande échelle de véhicules électriques à batterie et de véhicules équipés de systèmes d'entraînement à pile à combustible ne semble pas réalisable dans un avenir proche, le développement du moteur à combustion et son fonctionnement avec des carburants propres respectueux de l'environnement provenant d'énergies renouvelables pourraient devenir de plus en plus importants.

L'usine d'incinération des déchets de Bonn offre des conditions idéales pour exploiter ce potentiel.

Des options sont à l'étude pour séparer le CO2 des gaz d'échappement de l'incinérateur par des procédés CCU (Carbon Capture and Utilisation) et le transformer en produits chimiques dans des procédés de synthèse innovants. Au total, un concept sera développé dans les années à venir qui envisage la production économiquement et écologiquement durable d'une ressource àbase deCO2 à l'échelle industrielle. À partir de là, un concept à long terme et durable pour le site de l'usine d'incinération des déchets de Bonn sera développé dans le cadre de la coopération.

Client

Usine de valorisation des déchets MVA Bonn GmbH

Développement d'un processus de production de sources d'énergie climatiquement neutres sur la base du biogaz avec couplage du surplus d'électricité renouvelable (GreenBee)

Dans la gestion de l'eau, les stations d'épuration des eaux usées sont caractérisées à la fois comme des consommateurs et des producteurs d'énergie.

Lorsque l'on envisage les futurs systèmes d'approvisionnement en énergie, l'accent est mis non seulement sur l'approvisionnement en énergie électrique conventionnelle, mais aussi, de plus en plus, sur l'utilisation ou le stockage de l'énergie (excédentaire). Indépendamment des nombreux efforts de développement et d'optimisation des composants disponibles, un besoin particulier est reconnu dans la mise en réseau de l'ensemble de l'infrastructure énergétique, l'interaction des différents composants et la fourniture de sources d'énergie renouvelables. Dans ce contexte, les stations d'épuration des eaux usées offrent des conditions favorables et des effets de synergie particuliers pour la mise en réseau de différentes technologies.

Dans le cadre du projet "Use of Hydrogen Technology in Wastewater Disposal" (WaStraK) financé par le ministère de l'Environnement du Land de NRW, le FiW a donc commencé à étudier des concepts alternatifs pour le stockage de l'énergie en 2010.

Cela a donné naissance à une usine pilote dans laquelle les gaz d'épuration sont traités par reformage à la vapeur puis par réaction catalytique en méthanol, une source d'énergie liquide de plus grande valeur. Dans le cadre de ce projet, la faisabilité de l'approche d'utilisation a été prouvée à l'échelle pilote.

Sur la base des résultats du projet WASTRAK, le FiW travaille en collaboration avec OWI pour optimiser l'usine de synthèse et ainsi produire un concept d'usine commercialisable.

Les recherches menées dans l'usine existante portent sur plusieurs questions clés qui doivent être abordées dans le cadre du projet demandé :

  • Développement d'un processus de reformage étendu pour le biogaz
  • Intégration d'un électrolyseur
  • Extension du processus de synthèse par une étape de distillation
  • Amélioration des réacteurs de synthèse
  • Optimisation du processus et des paramètres du processus

Dans l'ensemble, les optimisations individuelles visent à produire un produit commercialisable sans restriction, le méthanol de haute pureté, avec le démonstrateur. Ainsi, une utilisation alternative de haute qualité des eaux usées et du biogaz est présentée, qui offre une alternative économique à l'utilisation du gaz dans les centrales de cogénération. En outre, un concept d'usine fermée doit être développé qui permet une mise à l'échelle écologique de la taille de l'usine et qui a donc le potentiel d'être commercialisé aux producteurs de gaz de digesteur dans le futur.

Client : Ministère fédéral de l'économie et de l'énergie

Agence de gestion de projet : EURONORM GmbH

Partenaire du projet : OWI Science for Fuels gGmbH

Étude des bases techniques de la normalisation des carburants à base de méthanol en Europe (norme sur le méthanol)

Le projet de recherche Méthanol Standard vise à étudier les bases techniques de la normalisation des carburants à base de méthanol en Europe. Outre la normalisation, un élément essentiel du projet de recherche est l'optimisation des concepts de combustion des moteurs à essence. La production de carburant, les caractéristiques de sécurité telles que la visibilité et la toxicité des flammes, et la production de méthanol doivent également être étudiées dans le cadre du projet de recherche. Il faut examiner si la norme IMPCA pour le méthanol, qui est déjà utilisée dans le transport maritime, peut être utilisée directement pour les applications de transport routier ou si un additif est nécessaire pour obtenir un démarrage à froid sûr et la compatibilité des matériaux. Dans un premier temps, les recherches seront menées sur un moteur monocylindre et les résultats seront ensuite mis en œuvre sur un moteur prototype. Une autre option pour l'utilisation de méthanol renouvelable dans les transports afin de réduire les émissions globales de dioxyde de carbone est celle des mélanges méthanol-essence (M15), qui seront étudiés comme carburants "d'appoint" dans les futurs moteurs de production, ainsi que des mélanges plus élevés dans les moteurs flex-fuel. Cela offre une opportunité à court terme de décarboniser le trafic routier. Un éventuel couplage sectoriel et la création de synergies avec le transport maritime seront examinés.

Le FiW soutient ce grand projet commun, notamment en ce qui concerne les voies de production de la synthèse du méthanol vert et durable et l'évaluation du cycle de vie. La production de méthanol "vert" à partir de CO2 est étudiée dans le cadre d'expériences et optimisée par des calculs numériques. En outre, les possibilités de mise à l'échelle sont évaluées.

Par le biais d'une approche technique, économique et écologique globale, il convient de déterminer la nécessité d'une action normative pour une introduction et une application complètes d'un carburant méthanol standardisé.

Client : Ministère fédéral de l'économie et de l'énergie

Agence de gestion de projet : TÜV Rheinland Consulting GmbH

Partenaires du projet : FEV Europe GmbH ; Bayerische Motorenwerke Aktiengesellschaft ; TEC4FUELS GmbH ; Ford-Werke GmbH ; Liebherr-Components Deggendorf GmbH ; ASG Analytik-Service GmbH ; Oel-Waerme-Institut gGmbH ; Chaire de moteurs à combustion interne à l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle

PERSONNES DE CONTACT

Dr.-Ing. Kristoffer Ooms
+49 (0) 241 80 2 68 22 / E-Mail

Carl Fritsch, M.Sc.
+49 (0) 241 80 2 39 55 / E-Mail

Dipl.-Ing. Alejandra Lenis
+49 (0) 241 80 2 68 42 / E-Mail