Questions et réponses : Voyage carbone

Jan 10, 2024

Des chercheurs du département de génie mécanique de Penn State ont reçu une subvention de 2 millions de dollars du Navy Decarbonization Research Consortium pour étudier la capture du carbone à bord des navires et l'utilisation de carburants alternatifs. Le projet est résumé dans une séance de questions-réponses avec le professeur agrégé Brian Fronk. Crédit : Kate Myers/Penn State. Tous droits réservés.

9 août 2023

Par Sarah Petit

UNIVERSITY PARK, Pennsylvanie — Le Navy Decarbonization Research Consortium est une collaboration public-privé qui vise à faire progresser la recherche interdisciplinaire pour aider la marine américaine à relever les défis complexes de la décarbonisation des plates-formes, en mettant l'accent sur les navires et les avions, selon le site Web du consortium. Dans le cadre de cette initiative, Brian Fronk, professeur agrégé de génie mécanique de Penn State, et Jacqueline O'Connor, professeur de génie mécanique, ont reçu une subvention de 2 millions de dollars sur trois ans de l'Office of Naval Research pour développer un système de capture du carbone à bord des navires. utilisation avec des turbines à gaz navales. Adri van Duin, professeur distingué de génie mécanique à Penn State, contribuera également à la recherche.

Vous trouverez ci-dessous une séance de questions-réponses avec Fronk détaillant la recherche prévue.

Q : Qu’est-ce que le captage du carbone et que sont les « e-carburants » ?

Fronk : Le captage du carbone est le processus d'élimination du dioxyde de carbone, soit directement de l'atmosphère, soit des gaz d'échappement d'équipements, comme les turbines à gaz, qui brûlent des carburants contenant du carbone. Le carbone capturé peut ensuite être séquestré pour l’empêcher de pénétrer dans l’atmosphère ou recyclé pour produire de nouveaux carburants contenant du carbone pouvant être utilisés dans les navires et les moteurs existants.

Les carburants à base d’hydrocarbures produits à partir d’électricité provenant de sources renouvelables ou nucléaires sont considérés comme des « carburants électroniques ». Il s’agit essentiellement de versions synthétiques des combustibles fossiles liquides que nous connaissons. Ces carburants alternatifs sont denses en énergie – plus la densité est élevée, plus d’énergie peut être stockée et transportée pour le même volume – et pourtant ont de faibles émissions nettes de carbone et peuvent théoriquement être produits n’importe où.

Q : Comment cela s’applique-t-il à la marine américaine ?

Fronk : Dans les applications navales, la matière première hydrogène pour ce carburant peut être obtenue à partir de l'eau de mer par électrolyse, tandis que la matière première dioxyde de carbone pourrait être captée via un système embarqué à partir de l'atmosphère, des gaz d'échappement ou également de l'eau de mer. Ainsi, il soutient la mission de décarbonation de la Marine tout en offrant également une voie vers une production et une utilisation distribuées de carburants alternatifs, offrant ainsi un avantage logistique.

Il est important de noter qu’il existe une pénalité énergétique pour le captage du carbone, ce qui signifie qu’il utilise de l’énergie pour alimenter l’équipement nécessaire, ce qui peut contribuer à des émissions en fonction de la source d’énergie. Cependant, la pénalité est moindre s'il y a plus de carbone à capturer. Les navires utilisent généralement des moteurs à turbine à gaz pour l'alimentation et la propulsion, et il est moins énergivore de capter le carbone des gaz d'échappement des turbines à gaz, où le dioxyde de carbone représente environ 5 à 15 % des gaz d'échappement, que directement de l'atmosphère, où le dioxyde de carbone représente généralement environ 0,05 %.

Q : Comment comptez-vous capturer le carbone provenant des gaz d’échappement des turbines ?

Fronk : Les systèmes de captage du carbone les plus matures pour les applications terrestres utilisent des solutions chimiques pour absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère ou des gaz d'échappement, mais l'utilisation du captage chimique du carbone sur les navires n'est pas idéale en raison de problèmes de santé et de sécurité. Dans ce projet, nous séparerons le dioxyde de carbone en comprimant, en refroidissant et en détendant les gaz d'échappement pour produire directement du dioxyde de carbone gelé (neige carbonique) à partir du flux d'échappement. Ce système peut être rendu compact, relativement simple à utiliser et intégré aux navires militaires existants et futurs.

Pour promouvoir une capture plus efficace, nous explorerons également l'utilisation de la recirculation des gaz d'échappement (EGR), où un pourcentage des gaz d'échappement est renvoyé vers l'entrée pour augmenter la concentration de dioxyde de carbone. Cette technologie est utilisée depuis un certain temps dans les moteurs de camions et de voitures commerciales, mais n'a pas été largement appliquée aux turbines à gaz, bien qu'elle suscite beaucoup d'intérêt.