« Chemical Looping » - Les matériaux porteurs d’oxygène

La particularité des procédés « Chemical Looping » est de réaliser une combustion de composés carbonés en facilitant la capture du CO₂ émis grâce à un matériau comburant communément appelé porteur d’oxygène.

Le porteur d’oxygène est généralement constitué d’un oxyde métallique renforcé par un matériau support. Il est mis sous forme de poudre pour circuler en boucle entre un réacteur de combustion – dans lequel il est réduit en brûlant le combustible – vers un réacteur de régénération où il est oxydé afin de réaliser une nouvelle combustion. Un enjeu économique majeur consiste à réaliser de nombreux cycles redox avec le même matériau. Cependant le solide porteur d’oxygène se dégrade rapidement. De nombreux travaux de recherche ont été menés ces dernières décennies pour tenter d’élaborer des matériaux porteurs d’oxygène durables. Plus de mille matériaux ont étés testés. Il n’est pas aisé d’obtenir des matériaux résistants à la fois en termes de tenue mécanique et de réactivité ; c’est encore aujourd’hui un des principaux défis à relever en vue d’une commercialisation des procédés « Chemical Looping ».

Cet article est la suite de l’article « Chemical Looping » Des procédés de combustion de composés carbonés [AF6937] qui présente les aspects généraux des procédés « Chemical Looping ».

La première partie de cet article rappelle d’abord les critères généralement retenus pour choisir un porteur d’oxygène puis décrit la composition, la morphologie et la structure des matériaux porteurs d’oxygène ainsi que les dégradations qu’ils peuvent subir au cours des cycles d’oxydoréduction en donnant les moyens de les éviter ou de les minimiser.

Dans une deuxième partie, différentes méthodes utilisées pour élaborer et mettre en forme des particules de porteurs d’oxygène sont présentées, en précisant les caractéristiques des matériaux obtenus dans chaque cas.

Pour finir, la troisième partie de l’article propose un résumé de nombreux matériaux – naturels et synthétiques – testés en tant que porteurs d’oxygène en donnant leurs performances et leurs limites en procédés « Chemical Looping ».