Gaz renouvelable issu d'hydrogène et de CO₂

La nouvelle installation de méthanisation « move-MEGA » de l'Empa combine les éléments clés de la transition énergétique : elle produit du méthane à partir d'hydrogène renouvelable et de CO2 tout en augmentant de manière ciblée la flexibilité de charge du processus, ce qui constitue un avantage décisif pour l'utilisation de sources d'électricité renouvelables fluctuantes. Cette installation de démonstration innovante montre comment l'électricité solaire renouvelable peut être convertie en hydrogène en couplage direct avec l'électrolyse, puis transformée en méthane synthétique avec le CO₂ de l'air ambiant, prêt à être injecté dans le réseau de gaz. Le couplage direct de ces processus sur un seul site est unique en son genre.

La méthanisation renforcée par sorption, dans laquelle des granulés de zéolite de taille définie servent de support catalytique, constitue le cœur de la nouvelle installation. Ceux-ci adsorbent l'eau produite comme sous-produit de la réaction de méthanisation, ce qui déplace l'équilibre chimique en faveur de la formation de méthane. Le processus peut ainsi être mis en œuvre à des pressions et des températures plus basses, et le méthane produit peut être utilisé directement ou injecté dans le réseau de gaz sans nettoyage supplémentaire coûteux.

La gestion thermique a joué un rôle central dans le développement du nouveau procédé : afin de garantir un fonctionnement continu, au moins deux réacteurs sont nécessaires, qui produisent du méthane et sont régénérés ou séchés en alternance. Pour ce séchage, une gestion thermique sophistiquée est essentielle, permettant soit d'évacuer de manière ciblée la chaleur résiduelle issue de la méthanisation hors du réacteur, soit de la stocker dans le lit catalytique. L'équipe de l'Empa, dirigée par Florian Kiefer et Andreas Borgschulte, a travaillé pendant cinq ans pour développer cette technologie, depuis la recherche fondamentale jusqu'à la mise au point d'un démonstrateur fonctionnel à l'échelle du laboratoire.

« Grâce à la méthanisation renforcée par sorption et à la gestion thermique, nous obtenons des rendements élevés et une flexibilité de charge nettement supérieure à celle des procédés conventionnels. Cela rend cette technologie particulièrement intéressante pour le couplage direct avec des installations photovoltaïques ou éoliennes », développe Florian Kiefer, chef de projet move-MEGA.

L'installation « Direct-Air-Capture » intégrée au démonstrateur « Power-to-Gas » permet en outre de prélever le CO₂ nécessaire à la réaction de méthanisation directement dans l'air ambiant. Le processus « power-to-gas » crée ainsi les conditions nécessaires à des émissions de CO₂ négatives : le méthane produit peut être séparé en carbone solide et en hydrogène lors d'une étape ultérieure par pyrolyse du méthane, comme le montrent des projets de recherche actuels menés à l'Empa. Le carbone solide sert de puits de CO₂ à long terme et peut être utilisé dans des matériaux de construction, tels que le béton ou l'asphalte. L'hydrogène obtenu peut être utilisé comme source d'énergie, par exemple pour des applications industrielles à haute température qui dépendent jusqu'à présent des énergies fossiles et sont difficiles à électrifier. Un projet de démonstration correspondant est actuellement en cours en collaboration avec l'Association pour la décarbonisation de l'industrie (VzDI) à Zoug.

« La méthanisation associée à la pyrolyse du méthane ouvre une voie permettant de combiner l'approvisionnement en énergie renouvelable et l'élimination permanente du CO₂ de l'atmosphère. Cela rend possibles les émissions négatives de CO₂ », souligne Christian Bach, initiateur du projet move-MEGA et responsable du département « Sources d'énergie chimiques et systèmes pour véhicules » à l'Empa.