Technologie avancée de pile à combustible à carbonate dans la capture et le stockage du carbone

Partenariat ExxonMobil et FuelCell Energy, Inc.

Depuis trois décennies, ExxonMobil est un leader dans les applications de capture de carbone et de stockage. En 2017, ExxonMobil a capturé 6,6 millions de tonnes métriques de CO2 pour le stockage, l’équivalent de l’élimination des émissions annuelles de gaz à effet de serre de plus d’un million de véhicules particuliers.

La plus grande opportunité de déploiement à grande échelle du CCS est peut-être dans le secteur de la production de gaz naturel, car la capture de CO2 à partir de la génération à base de charbon est environ deux fois plus coûteuse. En 2016, ExxonMobil a annoncé un partenariat avec FuelCell Energy, Inc. afin de développer une nouvelle technologie qui pourrait considérablement améliorer l’efficacité et l’accessibilité de la capture du carbone (CCS).

Technologie de pile à combustible à carbonate : meilleure efficacité, plus de puissance et moins de dioxyde de carbone

Les scientifiques d’ExxonMobil et de FuelCell Energy, Inc. recherchent conjointement une nouvelle technologie qui pourrait réduire les coûts associés aux processus CCS actuels en augmentant la quantité d’électricité produite par une centrale électrique tout en fournissant simultanément des réductions significatives des émissions de dioxyde de carbone. Au centre de ces efforts se trouve une pile à combustible à carbonate.

Des tests de laboratoire ont indiqué que l’application de piles à combustible à carbonate à la génération d’énergie avec le gaz naturel pouvait capturer plus efficacement le dioxyde de carbone que la technologie CCS conventionnelle actuelle. Nos recherches indiquent qu’en appliquant cette nouvelle technologie, plus de 90 % des émissions de dioxyde de carbone d’une centrale de gaz naturel pourraient être capturées.

Lors des processus conventionnels de capture de carbone, un produit chimique réagit avec le dioxyde de carbone pour l’extraire des systèmes d’échappement de la centrale électrique. De la vapeur est ensuite nécessaire pour libérer le dioxyde de carbone du produit chimique — vapeur qui serait autrement utilisée pour le mouvement d’une turbine. L’effet est de diminuer la quantité de puissance électrique que la turbine peut générer.

L’utilisation de piles à combustible pour capturer le dioxyde de carbone des centrales électriques peut conduire à une séparation plus efficace du dioxyde de carbone des systèmes d’échappement de centrale électrique, avec une augmentation de la production d’électricité. Le système d’échappement de la centrale électrique est dirigé vers la pile à combustible, remplaçant l’air normalement utilisé en combinaison avec le gaz naturel pendant le processus de production d’énergie de la pile à combustible. Au fur et à mesure que la pile à combustible génère de l’énergie, le dioxyde de carbone devient plus concentré, ce qui lui permet d’être capturé plus facilement et économiquement dans l’échappement de la pile, et stocké. 

Les recherches d’ExxonMobil indiquent qu’une centrale électrique typique de 500 mégawatts (MW) utilisant une pile à combustible à carbonate peut générer une puissance supplémentaire de 120 MW, alors que la technologie CCS actuelle consomme en fait environ 50 MW de puissance.

Étapes suivantes dans le développement de la technologie de pile à combustible

ExxonMobil a évalué un certain nombre de technologies de capture de carbone depuis de nombreuses années et pense que la technologie de pile à combustible à carbonate offre un énorme potentiel. La capacité de la technologie a été testée dans le laboratoire, et les données de ces simulations sont actuellement en cours d’analyse. D’autres développements impliquent un examen plus détaillé de chaque composant du système et l’optimisation du système dans son ensemble.

La portée de l’accord entre ExxonMobil et FuelCell Energy, Inc. se concentrera initialement sur la meilleure compréhension de la science fondamentale derrière les piles à combustible à carbonate et sur la manière d’augmenter l’efficacité dans la séparation et la concentration du dioxyde de carbone provenant de l’échappement des turbines électriques alimentées au gaz naturel.