De la biomasse et des déchets au Bio-H2 et au bio-méthane

Informations générales

  • Titre : Production et stockage de biohydrogène et de méthane (BioHYMaPS) : de la biomasse et des déchets au Bio-H₂ et au bio-méthane

  • Objectifs de la formation : cette summer school est axée sur deux vecteurs énergétiques renouvelables (H₂ et CH₄) obtenus à partir de matières premières renouvelables (biomasse et déchets).

  • Profil du candidat : étudiants français, européens et internationaux en master et doctorants / professionnels

  • Langue d’enseignement : anglais

  • Durée de la formation : 5 jours
  • Crédits ECTS : 4

  • Lieu de formation : IMT Mines Albi

  • Prochaine session : lundi 13 juin – Vendredi 17 juin

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Presentation

La plupart des scénarios énergétiques, établis pour guider les politiques énergétiques, reposent sur trois piliers : la sobriété énergétique (éviter le gaspillage d’énergie), l’efficacité de l’utilisation de l’énergie (améliorer les systèmes pour réduire leur consommation d’énergie) et le remplacement des sources d’énergie non renouvelables par des sources renouvelables. Cette summer school sera axée sur deux vecteurs énergétiques renouvelables (H₂ et CH₄) obtenus à partir de matières premières renouvelables (biomasse et déchets). H₂ et CH₄ peuvent assumer deux rôles principaux dans la transition énergétique : vecteur d’énergie et moyen de stockage d’énergie.

Cette summer school couvrira la production de H₂ et de CH₄ depuis les matières premières jusqu’à la distribution et au stockage du gaz, en mettant l’accent sur les procédés de production biologiques et thermochimiques.

La matière première
La biomasse et les déchets sont des matières organiques à base de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote et de soufre. La conversion de ces matières premières pose deux grands défis : elles sont hétérogènes et largement répandues dans la nature. L’a summer school traitera de ces matières premières, de leur disponibilité et de leur composition, et de la question de savoir si la composition et les propriétés d’une matière première spécifique peuvent guider le choix de la technologie pour sa conversion.

Les procédés de conversion
On peut diviser le processus de conversion en deux grandes étapes : le processus de conversion proprement dit (le réacteur) et l’épuration et la valorisation du gaz pour atteindre les spécifications requises en aval (une deuxième étape de réaction, de stockage ou d’injection dans le réseau de transport). Les processus de l’étape de réaction peuvent être divisés en deux groupes (processus biochimique et processus thermochimique) en fonction du phénomène qui conduit la réaction. La summer school sera structurée en fonction de ces groupes.

– Procédés biochimiques :
Les procédés biochimiques sont principalement des méthodes humides à basses températures et pressions où les réactions biochimiques sont conduites par un grand groupe de bactéries. Trois principaux procédés seront traités :

  • La digestion anaérobie traite des matières premières solides ou liquides. Le cours couvrira ce qui se passe avec la matière organique pendant la digestion, en passant par la réaction biologique. Les propriétés requises de la matière première pour atteindre une production efficace de méthane seront discutées ainsi que les différentes configurations de processus existantes. Chaque étape du processus a ses avantages et ses inconvénients, ils seront discutés et reliés aux processus d’inhibition, aux principales limitations de la technologie et à l’influence de ces points clés sur la stabilité du digesteur. Plusieurs études de cas permettront d’expliquer tous ces phénomènes croisés et la manière dont un digesteur peut être piloté.
  • La méthanisation traite un gaz pour le convertir en méthane. Ce gaz peut être un mélange de H₂, CO, CO₂ (gaz de synthèse provenant d’un processus de gazéification) ou un mélange de CO₂ provenant d’un processus de capture et d’hydrogène provenant d’un processus d’électrolyse (power to gas). Les principaux schémas réactionnels seront abordés en relation avec les contraintes et limitations d’un système réactionnel à base de gaz en phase aqueuse. L’architecture des réacteurs biologiques répondant à ces défis sera présentée.
  • La production de bio-hydrogène par des méthodes biologiques sera l’occasion de présenter l’ensemble de la filière hydrogène. Le cours se concentrera ensuite sur le processus technologique biologique, notamment la mise en place des réacteurs, les mécanismes, le catalyseur, ainsi que les avantages et les inconvénients de chaque choix. Enfin, l’intégration de l’étape de production biologique dans une chaîne complète sera traitée.

– Procédés thermochimiques
Les procédés thermochimiques regroupent un large panel de procédés à haute température avec différentes atmosphères (inerte, air, vapeur, CO₂ et mélanges). La plupart de ces procédés sont des procédés de réaction gaz-solide. La summer school se concentrera sur les trois principaux procédés thermochimiques permettant de produire de l’hydrogène et du méthane.

  • La gazéification est un procédé thermochimique qui comprend plusieurs étapes pour craquer la matière organique en un mélange de H₂, CO, CO₂, CH₂, COVs, goudrons… appelé gaz producteur ou gaz de synthèse (syngas). Le cours suivra les différentes étapes de cette conversion, les mécanismes de réaction de base et les interactions entre la matière solide et le gaz. Les différentes configurations de réacteurs seront discutées, en identifiant les avantages et les principales limites de chaque technologie.
  • La méthanisation catalytique est un procédé catalytique à haute température et haute pression permettant la recombinaison de H₂ et de CO₂ ou CO pour former du CH₄. Le cours sera axé sur les catalyseurs, leur forme chimique et physique afin d’améliorer le rendement et la sélectivité. Des procédés catalytiques de méthanation typiques seront également traités.
  • Les procédés hydrothermaux apparaissent comme une technologie potentielle pour produire du CH₄. Ils ont également été étudiés pour la production de H₂. Il s’agit de méthodes humides utilisant de l’eau à haute pression et température comme milieu réactionnel. Les bases des procédés hydrothermaux pour la production de H₂ et de CH₄ seront abordées.

– Procédés d’épuration et de séparation des gaz
Les procédés biologiques et thermochimiques ne produisent pas de produits purs. Ils produisent un mélange de molécules ; un petit nombre de ces molécules doit être éliminé pour atteindre les spécifications d’entrée de l’opération en aval.

  • Épuration des gaz. Une vue d’ensemble des technologies d’épuration des gaz sera présentée, y compris les différentes opérations de séparation, comme l’adsorption, l’absorption, la filtration des particules…
  • Séparation des gaz par membranes. Un accent particulier sera mis sur la séparation des gaz à l’aide de membranes. Les principes fondamentaux du mécanisme et les propriétés des membranes seront discutés. Son application à la séparation CH₄/CO₂ et à la séparation H₂ sera décrite.
  • La technologie PSA (Pressure Swing Adsorption). Le PSA est également une technologie importante pour la purification de l’hydrogène et du méthane. Le cours traitera des processus d’opération semi-batch de PSA. Le choix du support d’adsorption en fonction de l’objectif sera également traité.

Réseau et stockage de gaz
Le réseau actuel de gaz naturel est optimisé pour distribuer le gaz naturel fossile aux utilisateurs finaux. Cependant, le remplacement du gaz naturel fossile par le bio-méthane nécessite un réaménagement de la conception et de la gestion du réseau. Le réseau de gaz naturel français sera décrit, ainsi que les procédés et méthodes nécessaires à l’injection de bio-méthane dans le réseau. Ces vecteurs énergétiques à base de gaz renouvelable permettent un stockage à moyen et long terme, ce qui constitue un atout majeur de ce type de vecteurs énergétiques renouvelables.

Le stockage sera décrit et un accent particulier sera mis sur le stockage souterrain de gaz massif, y compris les aquifères salins profonds. Le cours couvrira le développement de l’aquifère et la conception du site de stockage. Un cas réel de stockage massif d’hydrogène dans des aquifères salins profonds sera utilisé comme exemple.

Etudiants français, européens et internationaux en master et doctorat / professionnels

FRAIS

440 euros

CONTACT

Pour toutes demandes d’information :

bioeco-shortprogram@insa-toulouse.fr

INSCRIPTION

Les inscriptions 2022 sont ouvertes https://biohymaps.sciencesconf.org/