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Application note

Power to gas

L’expression "Power to gas" désigne la conversion d’électricité en gaz. Un exemple bien connu est l’utilisation de l’électricité pour l’électrolyse de l’eau afin de générer de l’hydrogène, et de l’oxygène comme sous-produit. Cet hydrogène peut être utilisé tel quel, par exemple pour alimenter des piles à combustible, mais pas seulement. Si de l’hydrogène (H2) réagit ensuite avec du dioxyde de carbone (CO2) produisant du méthane (CH4), ce dernier peut être injecté dans le réseau de gaz naturel. Dans des pays comme l’Allemagne et les Pays-Bas, il existe une infrastructure permettant de transporter le gaz naturel par des tuyaux depuis le lieu d’extraction ou de traitement jusqu’au lieu d’utilisation, pour le chauffage central des maisons ou pour la cuisinière de la cuisine par exemple. 

Plusieurs entreprises allemandes développent des technologies permettant aux bactéries d’excréter du méthane à partir d’hydrogène et de dioxyde de carbone qui leur servent de "nourriture". On peut considérer qu’il s’agit d’un processus de conversion naturelle de l’électricité en gaz pour le stockage de l’électricité verte ainsi que d’une technologie de traitement des gaz produits par des procédés industriels contenant du dioxyde de carbone (CO2). La nature est au service de la technologie. Le méthane (CH4) serait ensuite introduit dans le réseau de gaz naturel déjà présent. Ces entreprises ont sollicité le distributeur allemand de Bronkhorst, Wagner Mess- und Regeltechnik, pour fournir des régulateurs de débit massique afin d’alimenter en suffisance les bactéries en hydrogène et en dioxyde de carbone.

Conversion de l'électricité en gaz

Exigences de l'application

L’un des principaux objectifs des utilisateurs est d’optimiser l’efficacité des bactéries à convertir l’hydrogène en méthane. Le procédé est d’abord testé à petite échelle afin de développer le type de bactéries optimal. Les paramètres d’optimisation de ce procédé sont le débit d’H2 et de CO2, le type de bactéries, la température et la pression. À cette fin, il est nécessaire de trouver une solution permettant de fournir de manière précise et reproductible de l’hydrogène (et du dioxyde de carbone) aux réacteurs contenant les bactéries.

Caractéristiques importantes

  • Reproductibilité
  • Fonctionnement dans un environnement ATEX, Zone 2.
  • Automatisation


Solution adoptée

La solution proposée par Bronkhorst pour alimenter le réacteur en hydrogène est un régulateur de débit massique de gaz IN-FLOW avec un débit allant de 10 à 50 ln/min d’hydrogène. Le réacteur est exploité dans un milieu anaérobie, à une température de 65°C et à des pressions comprises entre 1 et 10 bars. La plupart des types de bactéries se comporte mieux à la pression atmosphérique, d’autres à une pression plus élevée. Les bactéries métabolisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone et les transforment en méthane. Le laboratoire dans lequel les expériences sont menées est classé zone 2 ATEX, par conséquent, les instruments doivent être approuvés pour une telle zone. 

L’instrument Bronkhorst est piloté en Profibus. Un point de consigne est donné, et la valeur réelle est mesurée et enregistrée. Les données sont enregistrées de manière à ce que les valeurs de test soient documentées. Les expériences durent généralement 48 heures, et l’automatisation est importante ici. Lorsqu’une erreur se produit, comme un écart important entre le point de consigne et la valeur réelle, il faut prendre des mesures, même pendant la nuit. L’avantage des régulateurs de débit massique à commande électronique est que l’alimentation en hydrogène peut être facilement interrompue en cas de défaillance ou d’urgence, sans intervention humaine. 
 

Schéma du procédé fluidique - Power to Gas
Schéma du procédé fluidique

Dans le cadre du procédé visant à déterminer dans quelles conditions les bactéries métabolisent le mieux, la reproductibilité des résultats des tests et donc des régulateurs de débit massique est importante.

Bien que le schéma du procédé semble assez simple avec deux débits de gaz entrants, la pression maintenue à une certaine valeur et un débit de gaz sortant, un certain traitement en bout de chaîne est nécessaire. En sortie de réacteur, un flux de méthane humide contenant les bactéries se dégage. Celui-ci contient entre autres du HCl (mesuré en ppm) qui endommagerait les canalisations de gaz et qu’il faut donc éliminer. Le mercaptan doit également être ajouté pour donner au gaz naturel son odeur caractéristique, qui peut alors être injecté dans le réseau de gaz naturel.

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