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Génération d’hydrogène de grande pureté à partir de bois

 

L’élément central de ce projet est un processus innovant de génération d’hydrogène de grande pureté à partir de bois. Basé sur les réactions d’oxydoréduction de l’oxyde de fer, ce processus pourrait contribuer à réduire la dépendance aux agents énergétiques fossiles dans les secteurs des transports et de l’électricité.

Description du projet (projet de recherche terminé)

Afin de produire de l’hydrogène à partir du bois au sein de petites structures décentralisées, le procédé conventionnel de reformage du méthane à la vapeur a été modifié et complété par un processus de gazéification. Afin d’éviter que l’oxyde de fer utilisé, axé sur des transporteurs d’oxygène, perde de sa réactivité après quelques cycles déjà, ce dernier doit être stabilisé à haute température à l’aide d’oxydes métalliques similaire à l’alumine. La contamination du gaz de synthèse obtenu par une multitude de substances goudronneuses et sulfureuses a constitué un défi de taille. Le team de projet a développé de nouveaux types de transporteurs d’oxygène caractérisés par une tolérance élevée vis-à-vis des impuretés contenues dans le gaz de synthèse et permettant de diminuer l’ampleur de la déposition du carbone.

Contexte

L’hydrogène, s’il est produit de manière durable, peut contribuer à la réduction des émissions anthropiques de CO2 C’est pour cette raison que la production de l’hydrogène à partir de ressources renouvelables comme le bois, est un champ de recherche très important. L’utilisation d’hydrogène dans les piles à combustible à basse température exige par ailleurs que le gaz soit d’une grande pureté. La méthode de fabrication de l'hydrogène la plus répandue est le reformage du méthane à la vapeur, processus qui génère du dioxyde de carbone. L’hydrogène produit par ce biais doit être traité à l’aide de coûteuses opérations de lavage afin de réduire la teneur en monoxyde de carbone au niveau des valeurs standards.

Objectif

L’objectif principal du présent projet de recherche est de développer des matériaux rédox d’un genre nouveau à base de fer et présentant les propriétés suivantes :

  • teneur élevée en matière active
  • vitesses de réaction élevées (cinétique élevée)
  • stabilité mécanique
  • aptitude au craquage de goudrons, c’est-à-dire de division des hydrocarbures en chaînes plus courtes
  • résistance au sulfure d’hydrogène et aux composants de la cendre de bois

Pour la production de tels matériaux, les chercheurs recourent à un procédé sol-gel, qui permet la synthèse de matériaux rédox nanostructurés. Ces derniers sont placés et testés ensuite dans un réacteur à lit fixe. Aspect important de ce projet : le réacteur à lit fixe est couplé directement à un gazéificateur de bois, ce qui devrait rendre le nouveau processus plus intéressant pour une application à l’échelle industrielle.

Importance

Les connaissances acquises grâce à ce projet peuvent contribuer à rendre la production d’hydrogène plus durable et plus efficace, et à réduire la dépendance de la Suisse par rapport aux agents énergétiques fossiles.

Résultats

Le projet était composé de deux études séparées, utilisant soit des transporteurs d’oxygène conventionnels, soit des transporteurs de type nouveau, enrichi d’oxyde de cuivre. Ces deux études ont montré que la contamination de l’hydrogène par du monoxyde de carbone pouvait être minimisée grâce aux nouvelles propriétés particulières du transporteur d’oxygène enrichi d’oxyde de cuivre. Un autre facteur important est le choix adéquat des surfaces de contact et du temps de réaction.

Titre original

Distributed production of ultrapure hydrogen from woody biomass

Responsable du projet

  • Prof. Christoph Müller, Laboratory of Energy Science and Engineering, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich

 

 

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 Contact

Christoph Müller Laboratory of Energy Science and Engineering D-MAVT
ETH Zürich
Leonhardstrasse 27
LEO D7
8092 Zürich +41 44 632 34 40 muelchri@ethz.ch