Projet OXY-3C

Objectifs scientifiques

Pour la production de chaleur à haute température dans l’industrie, le projet OXY3C vise à optimiser (sobriété, impact) lesprocessus d’oxycombustion pour la capture du CO2 à la source via la combustion en boucle chimique (CLC) de la biomasse ou des oxyflammes de gaz naturel (GN) et de biogaz. Il met ainsi en perspective des solutions adaptées aux émissions négatives en considérant les biocombustibles et la fédération d’une communauté spécialisée en oxycombustion.

En ce qui concerne les applications de l’oxyflamme, le projet intensifiera l’analyse multiphysique basée sur des diagnostics laser avancés pour des mesures in situ dans des conditions complexes, améliorera les modèles cinétiques des flammes d’oxyfuel avec une dilution élevée de CO₂ et d’eau, et développera une simulation numérique haute-fidélité tout en appréhendant le transfert ultérieur vers l’industrie. 

Les deux approches seront testées à l’aide de deux méthodes différentes : 

• L’usage de séparation cryogénique d’oxygène par électricité (ASU) ou membranes ou gaz de combustion d’électrolyseurs dans les industries 
• Eviter la consommation d’énergie des ASU par des oxydes de métal comme transporteurs d’oxygène dans le processus d’oxycombustion. 

Synergies attendues : travaux du PEPR sur la décarbonation de la production de chaleur (via l’hydrogène, l’ammoniac, la biomasse), le contrôle des émissions (en particulier le développement de procédés à ultra-faibles NOx, la production d’e-fuel via la récupération de CO₂, enjeux de mise à l’échelle, instrumentation spécifique. 

Le consortium

CORIA (CNRS, Université de Rouen Normandie, INSA Rouen Normandie), EM2C (CNRS, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay), LRGP (CNRS, Université de Lorraine), IMFT (CNRS, Toulouse INP, Université de Toulouse), MSME (CNRS, Université Gustave Eiffel), LGRE (Université de Haute-Alsace), PC2A (CNRS, Université de Lille), IFPEN

Premiers résultats de recherche

Fédération de 42 scientifiques dont 9 doctorants et 1 post-doctorant recrutés via OXY3C (dont 2 cofinancements )

Initiation des travaux de simulations numériques pour les flammes et les lits fluidisés

Echange d’un benchmark des modèles cinétiques

Développement des dispositifs expérimentaux spécifiques aux conditions d’oxycombustion, à la biomasse

Développement de codes de cinétique chimique pour la biomasse et les atmosphères CO2 /H2O, identification des premières divergences avec les codes cinétiques populaires (combustion GN)

Résultats attendus

Bases de données originales spécifiques à l’oxycombustion (CO2 / H2O atmosphere)

Codes de simulations numériques transférables à l’industrie (YALES2), Neptune-cfd flammes ou CLC

pyrolysis de la biomasse and char gazéification

Chemins cinétiques pour la biomasse en oxycombustion

Solveur de combustion couplé pour les flux swirlés et réactifs avec transfert de chaleur par rayonnement

Développement originaux en simulation numériques par la complémentarité d’approches micro (DNS), méso (LES), et macro (RANS) pour le développement d’outils prédictifs d’une unité de CLC