Intégration de procédés de captage direct du CO₂ dans l'air ambiant dans un système bas-carbone
Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: Cette étude fournit une évaluation technico-économique de techniques matures de captage direct du CO₂ de l'air ambiant (DAC – direct air capture) - absorption, adsorption, membrane et systèmes hybrides - intégrées à des sources d'énergie pilotable et bas-carbone. Ces techniques de séparation, bien connues pour le captage en point source, sont étendues au DAC dans l’objectif de la neutralité carbone. L'étude évalue les performances, les besoins en énergie et les coûts de captage « first-of-a-kind » dans des conditions atmosphériques réalistes et au moyen d'analyses de sensibilité. Le procédé d'absorption utilise un solvant aminé conventionnel avec des améliorations de type pompe à chaleur telles que la « lean vapor compression » et la « stripper overhead compression », réduisant la consommation de chaleur de plus de 25 %. Cependant, les coûts d'investissement compensent ces gains, avec des coûts de capture à plus de 1000 €/tCO₂ pour 0,1-1 MtCO₂/an. Le DAC par adsorption utilisant la technique S-VTSA (« steam assisted vacuum thermal swing adsorption ») montre qu'il existe des compromis entre les systèmes à lits garnis et les adsorbant monolithiques. Alors que les lits garnis offrent une plus grande productivité, les monolithes réduisent la consommation d'énergie. À 100 ktCO₂/an, les coûts dépassent 1500 €/tCO₂ pour les deux configurations, ce qui souligne la nécessité d'améliorer les adsorbants et d'optimiser les procédés. Le DAC basé sur une membrane de perméation gazeuse, bien que modulaire et sans solvant, est limité par une faible pureté en CO₂ et une demande énergétique élevée, avec des coûts supérieurs à 5000 €/tCO₂, ce qui limite sa faisabilité. Un système hybride combinant l'adsorption et la séparation membranaire améliore l'enrichissement en CO₂ mais reste énergivore, avec des coûts supérieurs à 1700 €/tCO₂. L'étape d'adsorption domine la consommation d’énergie et de coûts, ce qui ouvre des perspectives d’amélioration de la conception des matériaux et de l'optimisation du procédé. L'intégration du DAC dans une centrale électrique bas-carbone permet une utilisation efficace de la chaleur et un rendement carbone élevé (>80%). Une comparaison multicritère met en évidence les compromis en matière d'énergie, de coûts, d'émissions, d'utilisation de l'eau et de maturité technologique.
Source: theses.fr (ABES)
Author: Joannis, Paul de
Language: English
Subfield: Mechanical Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7154548951