Le gaz de synthèse ou "syngas"

Le gaz de synthèse est un vecteur énergétique dont la composition et le PCI varient selon le combustible, l'agent oxydant et la technologie de gazogène utilisée. Le gaz de synthèse est qualifié de gaz pauvre au regard du PCI du gaz naturel (PCI = 32 MJ.Nm ^-³). Les gaz recherchés en sortie de réacteur sont le dihydrogène H2, le monoxyde de carbone CO et éventuellement le méthane CH4 même si ce dernier est souvent le signe d'un syngas chargé en goudrons pour les procédés conventionnels.

L'épuration du syngas

Le gaz de synthèse contient des polluants et des éléments à l’origine d’encrassement, de désactivation de catalyseurs et de corrosion pour certaines parties du procédé en aval du gazéifieur.

Les applications

Les applications du gaz de synthèse issu de la gazéification sont multiples et essentiellement tournées vers la production d'énergie. On en dénombre principalement de quatre types.

Production de chaleur en substitution de combustibles fossiles

La combustion directe du syngas est certainement la plus simple à mettre en œuvre. Comme l'illustre la figure ci-dessous il s'agit d'alimenter un brûleur spécifique avec le syngas produit. Ce brûleur peut remplacer celui d'une chambre de combustion existante et ainsi permettre une substitution du combustible fossile initial (gaz naturel, fioul). Il est généralement configuré en mode "dual fuel" c'est à dire qu'il peut fonctionner en

• 100 % syngas,
• 100 % gaz naturel ou fioul,
• mélange
  

Cela permet une modularité et d'adapter le besoin en fonction de la maintenance ou de la conjoncture.

Cette application trouve sa place principalement dans l'industrie pour des besoins existants de séchage, de production de vapeur, de cuisson, etc, où la consommation d'énergie fossile devient problématique sur les plans économique et environnemental. Comparée à la combustion directe de la biomasse, cette solution offre plus de modularité tout en limitant les modifications des installations existantes.

Selon l'application, il peut ne pas être nécessaire d'épurer le syngas ce qui offre l'avantage de limiter les coûts d'investissements et d'exploitation.

La cogénération : production d'électricité + chaleur

La cogénération consiste à valoriser le syngas dans un moteur à combustion interne couplé à un alternateur, pour la production d'électricité et de chaleur. Il s’agit de loin de l’application la plus développée actuellement notamment en Allemagne, Italie ,Autriche où les tarifs de rachat de l’électricité sont favorables.

Pour cette application le syngas doit être refroidi et épuré des particules et goudrons afin de protéger la durée de vie du moteur.

Comme l'illustre la figure ci-dessous, la cogénération par gazéification (< 5 MWe) permet de produire 20 à 25% d’électricité à partir de l’énergie contenue initialement dans la biomasse. La quantité de chaleur récupérable généralement sous forme d'eau chaude est comprise entre 40 et 55%.

Production de biocarburants : Biométhane 2G / Biogazole

La production de biocarburants, notamment à grande échelle, est une voie envisageable qui suscite un fort intérêt chez les grands groupes tels que Axens, Total ou encore GRT gaz et GRDF. On peut notamment citer le projet BioTfuel qui vise à produire du bio-gazole et du bio-kérosène de seconde génération, ou encore le projet Gaya qui consiste à associer un procédé de méthanation pour convertir le gaz de synthèse en biométhane 2G injectable sur le réseau gazier.

La conversion du syngas se réalise à l'aide de procédés réactionnels faisant intervenir principalement le CO et l'H2. Selon le produit final recherché, bio-gazole ou biométhane les procédés seront différents.

Production de biohydrogène

L’hydrogène est un vecteur énergétique peu présent sous sa forme moléculaire dans la nature. On peut cependant le produire par divers procédés, en apportant de l’énergie pour dissocier l’hydrogène des éléments auquel il est associé ( CH₄, H₂O , …).

Aujourd’hui, 90% de l’hydrogène est produit à partir d’énergies fossiles par reformage d’hydrocarbures.

D’autres procédés à partir de sources renouvelables se développent tels que l’électrolyse de l’eau, la méthanisation de déchets fermentescibles, ou des procédés thermochimiques tels que la gazéification de biomasse ligno-cellulosique.

Aujourd’hui la production d'hydrogène « vert » est une priorité de l’état qui a lancé le plan national « hydrogène » le 1er juin 2018.

• Injection dans le réseau de gaz naturel : GRDF est encore en test sur cette technologie et l’hydrogène ne peut pas dépasser 6% de la masse totale du gaz. Le premier démonstrateur de « Power to gas » en France a été lancé en juin 2018 à Dunkerque.

• Revente aux industriels : Les principaux industriels consommant de l’hydrogène sont les fabricants d’ammoniac et de méthanol. En France, 4 usines produisent plus de 500 000 tonnes d’ammoniac par an et consomment 82 250 tonnes d’H₂.

• Stockage d’énergie fixe pour la production d’électricité lors des périodes de tension.

• Stockage d’énergie pour la mobilité pour alimenter en hydrogène des véhicules électriques à hydrogène. Les constructeurs automobiles et de poids lourds s’intéressent de plus en plus aux véhicules électriques à hydrogène et le nombre de modèles commercialisés augmentent.

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