Gazéification - Définition

Introduction

La gazéification est un procédé qui permet de convertir des matières carbonées, comme le charbon, le pétrole, ou de la biomasse, en monoxyde de carbone et en hydrogène par réaction de la matière première avec une quantité contrôlée d'oxygène à des températures très élevées. Le mélange carboné obtenu, appelé syngaz, est lui-même un carburant. La gazéification est une méthode très efficace pour l'extraction d'énergie à partir des différents types de matières organiques, et trouve également des applications dans l'élimination des déchets verts.

L'avantage de la gazéification réside dans le meilleur rendement de l'essence synthétique à la combustion: l'énergie contenue dans l'hydrocarbure d'origine y est en quelque sorte davantage concentrée. Le syngaz peut être utilisé directement dans un moteur à combustion interne, ou servir à produire de l'hydrogène et du méthanol, ou encore être converti via le procédé Fischer-Tropsch en essence synthétique. La gazéification peut aussi s'appliquer à des matériaux, tels que la biomasse ou les déchets organiques, qui ne sont pas directement utilisables comme carburant. En outre, la combustion à haute température raffine l'hydrocarbure d'origine en éliminant les particules abrasives comme les cendres et le chlorure de potassium, ce qui permet la production d'une « essence propre ».

Quoique la gazéification de carburants fossiles soit actuellement largement utilisée à l'échelle industrielle pour produire de l'électricité, presque tous les types de matières organiques (bois, biomasse, ou même déchets en plastique) conviennent pour la gazéification. Aussi ce procédé constitue-t-il une voie de choix pour la production d'énergies renouvelables. En particulier, la gazéification de la biomasse présente un bilan carbone équilibré.

À la différence des processus biologiques comme la digestion anaérobie, qui produit du biogaz, la gazéification met en œuvre des réactions chimiques à températures élevées (> 700 °C).

Chimie

Dans un réacteur à gazéification, la matière carbonée traverse plusieurs étapes différentes :

• la pyrolyse (ou volatilisation) se produit avec le chauffage des particules carbonées. Les particules volatiles sont libérées et il se forme un hydrocarbure, avec jusqu'à 70% de perte de poids par rapport au matériau d'origine. Le processus dépend des propriétés du matériau carboné, qui déterminent la structure et la composition de l'hydrocarbure, lequel devra ensuite subir des réactions de gazéification ;
• la combustion se produit à mesure que les produits volatils et certains des hydrocarbures réagissent avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. Cette combustion dégage d'ailleurs de la chaleur utilisable pour la phase ultérieure de gazéification. Si l'on désigne par la lettre C le carbone apporté par un composé organique, la réaction de base est ici  ;
• la gazéification proprement dite est la réaction de l'hydrocarbure avec le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau ambiants, réaction qui dégage du monoxyde de carbone et de l'hydrogène :  ;
• en outre, la vapeur d'eau se recombine inévitablement avec le monoxyde de carbone selon une réaction réversible. Aux températures qui règnent dans un réacteur, cette réaction tend à équilibrer rapidement les concentrations en monoxyde de carbone, vapeur d'eau, dioxyde de carbone et hydrogène :

En principe, il n'est nécessaire d'injecter qu'une quantité limitée d'oxygène ou d'air dans le réacteur : celle-ci permet la combustion d'une partie des matières premières introduites, combustion qui dégage suffisamment de monoxyde de carbone et de chaleur pour déclencher la gazéification tout en entretenant la combustion de ce qui reste de matière organique.