Technologie enzymatique de captage efficace du carbone résultant d’activités d’exploitation des sables bitumineux

Promoteur principal : CO2 Solutions Inc.
Lieu : Québec et Alberta
Contribution de l’Initiative : 5 305 000 $
Total du projet : 8 541 000 $

Contexte du projet

Il a été déterminé que le captage du dioxyde de carbone (CO2) issu des gaz effluents offre une solution d’atténuation permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre dans la production non classique de pétrole. Cependant, en raison principalement de l’utilisation de vapeur à haute température pour régénérer le solvant, les coûts des processus classiques à base d’amine pour le captage du CO2 sont très élevés, soit de l’ordre de 60 à 90 $ la tonne métrique, voire plus. Les solvants à base d’amine sont la cause, en outre, de problèmes environnementaux et opérationnels tels que la production d’aérosols et de déchets toxiques qui en limitent l’utilité pratique et l’application généralisée.

CO2 Solutions inc. (CSI) a mis au point une approche novatrice afin de résoudre les difficultés associées aux technologies conventionnelles de captage du carbone. Le processus de CSI est axé sur l’utilisation d’un catalyseur enzymatique puissant, l’anhydrase carbonique (AC), qui gère efficacement le dioxyde de carbone durant la respiration chez les humains et tous les autres organismes vivants. Le catalyseur anhydrase carbonique offre la possibilité d’utiliser des solvants écoénergétiques, mais cinétiquement limités tels que de simples solutions de carbonate. Les solutions sont accélérées par des enzymes afin de fournir une cinétique d’absorption du CO2 semblable à celle des solutions chimiques d’amine. Les propriétés physiques et chimiques des solvants de carbonate permettent l’utilisation de chaleur à faible température de valeur nulle fournie par la source industrielle d’effluents pour ensuite rectifier (rompre la liaison entre le solvant et le CO2) le solvant à faible température (<80 °C) afin de générer un flux concentré de CO2 pour séquestration ou une réutilisation avantageuse. On obtient ainsi un « poumon industriel » pour le captage du carbone. En reconnaissant le besoin de sa technologie pour l’exploitation des sables bitumineux de l’Alberta et ailleurs, CSI a proposé le projet « Technologie enzymatique de captage efficace du carbone résultant d’activités d’exploitation des sables bitumineux » pour financement dans le cadre de l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation. L’Initiative a accordé une somme de 5 305 k$ au projet aux fins de l’optimisation et de la validation du processus opérationnel d’accélération à l’aide d’enzymes de CSI pour le captage à faible coût du dioxyde de carbone issu des émissions de gaz effluents.

Résultats

Unité de capture du carbone de CO2 Solutions située à Salaberry-de-Valleyfield, Québec
Unité de capture du carbone de CO2 Solutions située à Salaberry-de-Valleyfield, Québec

CO2 Solutions inc. (CSI) a d’abord déterminé les meilleurs processus de gestion des solvants et des enzymes afin de les mettre à l’essai dans une unité de captage du CO2 à petite échelle de pointe, d’une capacité de 0,5 tonne de CO2 par jour (t/j). Plus de 200 solvants potentiels de captage de CO2 à faible consommation d’énergie ont été dépistés et mis à l’essai. Les essais ont confirmé que les carbonates en général, et plus particulièrement le carbonate de potassium, offrent d’excellentes propriétés physiques et une stabilité chimique pour le captage du CO2 quand ils sont associés à l’anhydrase carbonique. Il a été déterminé que le meilleur processus de gestion des enzymes était l’utilisation d’une enzyme soluble selon la configuration la plus simple possible du processus où l’enzyme s’écoule avec le solvant. Les résultats ont été utilisés pour évaluer le rendement du processus et pour effectuer une conception complète et une analyse techno-économique. Il a été possible par la suite de mettre la technologie à l’essai à plus grande échelle.

Une installation de démonstration de 10 t/j a été mise en service avec succès à Salaberry-de-Valleyfield, au Québec. L’installation a été conçue pour capter près de 90 % de CO2 émis par les gaz de combustion d’une chaudière à gaz naturel sur le site. L’unité de démonstration a fonctionné de mai à octobre 2015 (durant plus de 2500 heures). Il a été démontré que les taux de captage du CO2 se situaient entre 65 et 95 %. Après une période initiale de démarrage et de stabilisation, le système fonctionnait de façon quasi autonome. Un quart environ de la concentration de l’anhydrase carbonique a été utilisé dans le solvant comparativement à la valeur prévue pour maintenir le captage du CO2. L’activité de l’anhydrase carbonique non utilisé dans le solvant a été excellente tout au long de la période d’essai et il a été facile d’ajouter une enzyme au besoin durant l’opération. Aucune dégradation importante du solvant n’a été observée et il n’a pas été nécessaire de compléter le solvant durant la période de démonstration. Un flux de CO2 d’une pureté supérieure à 99,95 % a été produit. Un tel niveau de pureté convient à la nourriture et aux boissons destinées à la consommation après un simple post-traitement. Aucun aérosol toxique n’a été produit, aucun produit de dégradation du solvant n’a été observé et le solvant utilisé a été rejeté directement dans les égouts municipaux, sans avoir besoin d’un traitement particulier. Une analyse techno-économique a déterminé que le coût était de 28 $ la tonne de CO2 capté.

Avantages pour le Canada 

La première démonstration de la technologie à 10 t/j a été réussie. Étant donné que d’autres projets sont prévus, le déploiement commercial de la technologie de CO2 Solutions inc. à plus grande échelle et à plus long terme ouvriront la voie à des réductions considérables des émissions de gaz à effet de serre au Canada provenant d’industries diverses (les sables bitumineux, le ciment, les métaux et la pâte de papier), ce qui aidera le Canada à atteindre ses objectifs en matière de réduction de gaz à effet de serre.

Prochaines étapes

La technologie est prête au déploiement commercial. Des projets sont en cours pour l’installation d’un système de 30 t/j dans une serre au Québec et pour un système de 300 t/j en Alberta. CO2 Solutions inc. travaille également sur le déploiement de la technologie pour l’utilisation du CO2 de grande pureté et de faible coût comme matière première pour produire des produits à valeur ajoutée tels que des combustibles, des produits chimiques et des plastiques.

 

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