Route du noir au vert

Etxebeste Aduriz, Egoitz

Elhuyar Zientzia

Le charbon a été, sera et sera une importante source d'énergie. C'est ainsi que les experts assurent que l'importance du charbon augmentera à l'avenir. Mais pour cela, la première chose à résoudre est le problème principal du charbon: passer d'être l'un des combustibles les plus sales existants à être propre: du noir au vert. Les chercheurs y travaillent. Ce n'est pas un défi facile.
Route du noir au vert
01/12/2007 Etxebeste Aduriz, Egoitz Elhuyar Zientzia Komunikazioa
(Photo: Indiana Office of Energy Defense Development)

Bien que les premières utilisations du charbon sont très antérieures, le XVIII. et XIX. Au XXe siècle, il a acquis une grande importance. Le charbon fut l'un des révolutionnaires les plus importants de la révolution industrielle. Il était alors utilisé pour obtenir de l'énergie mécanique à travers des machines à vapeur, et au XIX. Au début du XXe siècle, même pour l'extraction de gaz pour éclairer les villes. Puis vint l'ère de l'électricité et a changé l'utilisation du charbon pour produire de l'électricité.

Thomas Edison a lancé la première centrale thermique alimentée au charbon de Manhattan en 1882. Depuis, le charbon a été principalement utilisé pour générer de l'électricité. Aujourd'hui, le charbon a toujours une grande importance. 40% de l'électricité mondiale est obtenue par le charbon. Et la production de charbon continue de croître chaque année, presque en doublant au cours des 25 dernières années.

Le charbon est indispensable à la stabilité économique de plusieurs pays. Carburant qui stimule la croissance économique de la Chine et de l'Inde. Et les États-Unis et l'Union européenne, par exemple, ont inclus le charbon dans leurs plans stratégiques comme source d'énergie à considérer à l'avenir.

Abondant, pas cher et noir

Selon les données fournies par l'Institut mondial du charbon, les réserves connues représentent près de mille milliards de tonnes de charbon. Cela signifie qu'il y a du charbon pour environ 150 ans. Le pétrole et le gaz peuvent être épuisés en 40 et 60 ans. D'autre part, les réserves de charbon sont assez réparties dans le monde entier. Le charbon est présent dans presque tous les pays, même si les plus grandes réserves se trouvent aux États-Unis, en Russie et en Chine. Par rapport au pétrole et au gaz, près de 70% d'entre eux se trouvent au Moyen-Orient.

O.T. Alken a tracé cette satire sur l'importance acquise par les moteurs à vapeur en 1831.
O.T. Alken

Compte tenu de ces données, il n'est pas surprenant que plusieurs pays sont intéressés par le charbon. En fait, c'est le combustible fossile le plus abondant, il est bon marché et, en outre, chacun a dans sa maison.

Mais le charbon est noir

Le charbon est essentiellement du carbone - selon le type de charbon peut atteindre 70-98% de carbone. Ainsi, en brûlant le charbon, le carbone se lie à l'oxygène, libérant CO 2 plus que tout autre combustible. Et le CO 2 est transparent, mais nous savons de quelle couleur a des conséquences…

Pour générer une heure d'électricité au charbon, un kilo de CO 2 est émis (aux États-Unis, selon le MIT). La production de la même quantité d'électricité à partir de gaz naturel représente un maximum de la moitié de celle-ci, tandis que l'utilisation d'énergie éolienne, solaire ou nucléaire ne suppose pas l'émission de CO 2. Ainsi, le charbon a beaucoup à voir avec l'effet de serre, qui émet chaque année 10 milliards de tonnes de CO 2 dans l'atmosphère. La combustion du charbon est l'activité humaine que plus CO 2 émet après les dérivés du pétrole brûlés dans le transport.

Après le carbone, l'hydrogène est le composant le plus important du charbon. Mais il a aussi des impuretés. Par exemple, il est courant d'avoir de l'azote et du soufre. Par conséquent, lors de la combustion du charbon, des oxydes d'azote et de soufre (NO x et SO x ) sont émis qui peuvent provoquer une pluie acide. D'autres impuretés, comme les métaux lourds, sont libérées comme matière particulière et peuvent produire des smoges.

(Photo: Fichier)

Technologies vertes

Cependant, au cours des 25 dernières années, un grand effort est fait pour développer des technologies de charbon propres. Et sur ce chemin vont les plans des USA et de l'UE. L'objectif est de développer ces technologies aussi rapidement et rapidement que possible pour rendre le charbon plus vert.

Le charbon est brisé et brûlé dans une chaudière dans les centrales thermiques utilisées à ce jour pour la production d'électricité. La chaleur apportée par cette combustion convertit l'eau des tubes qui entourent la chaudière en vapeur. Cette vapeur à haute pression déplace les turbines à vapeur. Enfin, les générateurs électriques convertissent l'énergie mécanique des turbines en électricité. Aujourd'hui, on obtient ainsi 90% de l'électricité produite à partir du charbon.

Les technologies propres au charbon permettent de contrôler largement les particules NO x, SO x et autres qui sont libérées lors de la combustion du charbon dans les centrales modernes. D'une part, le charbon peut être préalablement nettoyé par diverses procédures, éliminant en partie le soufre et les impuretés minérales. Cela permet de réduire la cendre de moitié. En outre, le charbon ainsi traité peut augmenter l'efficacité des centrales, il faut donc émettre moins de CO 2 que sinon pour obtenir la même quantité d'électricité.

Les gaz d'échappement peuvent également être traités après la combustion. Les filtres et les précipiteurs électrostatiques permettent la collecte de 99,5% des particules. D'autres procédures permettent de réduire respectivement les oxydes de soufre et d'azote de 99% et 80-90%.

La réduction des émissions de CO 2 est une autre question. Et c'est précisément le plus grand défi actuel. Une façon de le faire est d'augmenter l'efficacité de la transformation de l'énergie. Ainsi, plus l'efficacité est élevée, plus l'électricité est obtenue avec la même quantité de carburant et, en proportion, moins l'émission de CO 2.

La réduction des émissions de CO 2 est le plus grand défi des centrales actuelles.
Banjo

L'efficacité moyenne des centrales est de 30%. Mais comme la technologie avance l'efficacité des centrales augmente. Dans les centrales supercritiques et ultra-critiques, la vapeur est soumise à des températures et des pressions supérieures, ce qui permet une efficacité de 40-50%.

Il existe des centrales à cycle combiné à gazéification intégrée (IGCC). Dans les plans d'embellissement du charbon, on parie surtout pour ce type de centrales. Dans ces centrales, au lieu de brûler directement le charbon, on gazole d'abord. Pour ce faire, le charbon est traité avec de l'oxygène et de la vapeur d'eau sous pression. Le résultat de cette réaction est un mélange de gaz composé principalement de monoxyde de carbone et d'hydrogène : gaz de synthèse.

Ensuite, ce gaz de synthèse se déplace facilement par une turbine à gaz. Cependant, les gaz de combustion qui en résultent ont encore assez de chaleur pour évaporer l'eau. Et cette vapeur déplace une autre turbine. Les deux turbines fonctionnent donc en cycle combiné pour produire de l'électricité. De cette façon, vous obtenez un rendement élevé de 40-50%. En outre, le gaz de synthèse peut être purifié avant d'être brûlé pour réduire les émissions de NO x et SO x de 95-99%.

Cependant, l'augmentation de l'efficacité permet de réduire les émissions de CO 2 d'un maximum de 25-30%. Mais si vous voulez réchauffer le charbon, il sera plus nécessaire. Les émissions de CO 2 doivent être réduites beaucoup plus jusqu'à leur élimination si possible. Pour ce faire, les chercheurs étudient les technologies de capture et de stockage du carbone. L'objectif est de capturer et de stocker CO 2 de la combustion ou du gazéification du charbon dans des endroits sûrs pour l'empêcher d'atteindre l'atmosphère.

En fait, la technologie de capture de CO 2 est développée et utilisée pour l'industrie alimentaire et chimique pour obtenir du CO 2 pur. Cependant, pour pouvoir l'utiliser en grand volume, il est nécessaire de développer davantage cette technologie.

Par combustion du gaz de synthèse se déplace une turbine à gaz.
Siemens

Il est possible de capturer CO 2 des gaz d'échappement des centrales classiques, donc, mais il devrait être travaillé avec de grands volumes et en plus d'être coûteux, il faudrait avoir beaucoup d'énergie. Par conséquent, il peut ne pas être rentable dans ce type de centrales. Dans les centrales IGCC, par contre, le CO 2 peut être récupéré avant que le gaz de synthèse ne soit brûlé. Pour cela, il est nécessaire de réaliser une conversion de monoxyde de carbone dans le gaz de synthèse : avec l'aide du catalyseur adéquat, le CO réagit avec la vapeur d'eau en donnant CO 2 et H 2. Dans ce cas, le CO 2 serait plus concentré et il serait plus facile de le séparer du gaz de synthèse. En éliminant le CO 2, l'hydrogène serait utilisé comme carburant. Il faut donc noter que les centrales IGCC peuvent aussi être un moyen d'obtenir de l'hydrogène à partir du charbon.

Une fois le CO 2 pris au piège, gardez-le en lieu sûr. Pour ce faire, les experts proposent de compresser et d'enterrer le CO 2 dans des roches poreuses ou aquifères salins, par exemple. Selon un rapport du Groupe intergouvernemental sur les changements climatiques (GIEC) de 2005, la probabilité qu'un dépôt géologique bien sélectionné conserve plus de 99% du CO 2 est très élevé pendant 100 ans et élevé pendant 1000 ans.

Cicatrices rouges

Mais si tout cela est obtenu -- obtenir de l'énergie de charbon sans émission de CO 2 ni d'autres polluants -, ce charbon vert serait encore cicatrice. La production de charbon est une industrie assez destructrice. D'une part, il s'agit d'une activité dangereuse pour l'être humain qui engendre de nombreux problèmes de santé - selon les données officielles, 6 000 personnes sont mortes en Chine en 2005 pour des raisons liées aux mines de charbon (maladies, accidents...) -. D'autre part, les mines de charbon ont un grand impact sur l'environnement : les forêts et les montagnes restent seules et rouges, l'eau et l'air sont pollués, le méthane est émis (effet de serre)...

Il est possible que la production de charbon peut également être grandement améliorée. Mais pouvez-vous vraiment obtenir du charbon vert?

Les mines de charbon ont un impact environnemental important.
Convention

Il est difficile et coûteux d'attraper le CO 2 des centrales actuelles. Et pour cela, il faudrait utiliser une grande partie de l'énergie extraite. Dans les centrales IGCC, au contraire, la centrale est très chère. Cependant, en eux, au contraire, il serait plus rentable de ramasser CO 2. Dans tous les cas, le plus économique sera de continuer à émettre CO 2. Et tant que les chiffres sont rouges, qui va commencer à attraper du carbone ?

Pour cela, des mesures doivent être prises pour augmenter le coût de déversement de CO 2 par rapport à la capture. C'est pourquoi les experts proposent de développer une réglementation carbone adéquate.

Vert, rouge ou noir, il semble que le charbon si important dans le passé reprend. La technologie peut aider à rendre la consommation de charbon moins sale. Mais il faudra voir où le charbon reste sur cette route du noir au vert et la couleur qu'il prend.

Charbon liquide
En plus de l'électricité, le charbon peut être utilisé comme combustible de transport. Et nous ne parlons pas de locomotives anciennes.
(Photo: Fichier)
Le charbon peut être liquéfié. Pour cela, il existe deux formes principales. Dans la liquéfaction directe, le charbon se dissout, puis les composants sont hydrogénés par des catalyseurs. Dans la liquéfaction indirecte, le charbon est d'abord gazonné et, une fois éliminées les impuretés, liquidé par synthèse catalytique.
De cette façon, vous obtenez du charbon liquide. Il peut être utilisé de manière similaire au pétrole pour obtenir des combustibles ou autres dérivés pour le transport --plastiques, solvants, etc. -. En définitive, le charbon peut remplacer le pétrole. Et comme le charbon est moins cher, il peut avoir une grande importance économique.
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