Comment le gaz de déchets suralimenté pourrait produire plus d'énergie verte

Des chercheurs ont rapporté que des composés synthétiques appelés «siloxanes» issus de produits courants tels que shampooing et huile de moteur se retrouvent dans les décharges et suralimentent le biogaz produit par ces décharges.

Les chercheurs affirment que cela pourrait poser un problème aujourd'hui, mais que cela pourrait être une occasion de tirer davantage d'énergie du gaz de décharge.

Les composés conduisent efficacement la chaleur et interagissent avec l'eau, ce qui a permis d'accroître leur popularité dans divers produits de consommation. Cela signifie que de plus en plus de siloxanes se dirigent vers votre site d'enfouissement local.

Le biogaz fait référence aux gaz combustibles synthétisés à partir de différentes matières premières biologiques ou organiques, telles que les installations de traitement des gaz de décharge et des eaux usées. Ces dernières années, il est devenu évident que les siloxanes endommageaient les équipements de production d’énergie alimentés au gaz de décharge. Mais les chercheurs disent qu'il serait possible d'exploiter les siloxanes pour produire plus d'énergie.

Comme carburant de fusée

Les chercheurs ont mené la première analyse chimique de la manière dont les siloxanes affectent le biogaz. Ils ont constaté que les siloxanes augmentaient la réactivité du biogaz, ce qui accélérait l'allumage dans les moteurs et libérait plus d'énergie. Mais les siloxanes contenus dans le biogaz peuvent endommager ces moteurs, généralement des turbines à gaz génératrices d’énergie et des moteurs à pistons alternatifs.

«Les siloxanes sont très inflammables», déclare Margaret Wooldridge, professeure de génie mécanique et directrice du programme Dow Sustainability Fellows de l’Université du Michigan. «Ils changent la chimie du biogaz comme un fou. Ce genre de choses ressemble à du carburant de fusée, littéralement - fou-réactif. "

Les siloxanes modifient essentiellement la «vitesse de flamme» du biogaz, qui mesure la rapidité avec laquelle un carburant brûle et entraîne une turbine ou un piston.

Le biogaz est composé principalement de méthane. Il y a du méthane dans la nature, mais il est également produit lorsque des matières organiques se décomposent dans des décharges, avec de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et d'autres hydrocarbures. Le méthane est le composant principal de gaz naturel et le biogaz, ce qui en fait des sources précieuses de combustible et d’énergie plus propres que le charbon.

Dans l'atmosphère, toutefois, le méthane retient particulièrement bien la chaleur, ce qui aggrave notre problème de réchauffement de la planète. En particulier, le méthane est 30 fois plus efficace qu'un gaz à effet de serre que CO2. Et selon l'EPA, les décharges municipales de déchets solides représentent chaque année 14% de toutes les émissions de méthane d'origine humaine aux États-Unis - la troisième source en importance derrière l'industrie du gaz et du pétrole et l'agriculture.

Cette propriété a stimulé les efforts pour capturer le méthane des décharges et l’utiliser comme carburant, au lieu de lui permettre de s'échapper sans contrôle.

Mesure de l'inflammabilité

Dans cette étude, les chercheurs ont testé séparément des mélanges d’hydrogène et de monoxyde de carbone contenant deux siloxanes - le triméthylsilanol (TMSO) et l’hexaméthyldisiloxane (HMDSO) - contre des mélanges d’hydrogène et de monoxyde de carbone sans siloxanes.

Plus précisément, les chercheurs ont calculé combien de temps il fallait pour que chaque mélange s'enflamme. Les scientifiques considèrent que les carburants dont le délai d'allumage est plus court sont plus inflammables ou réactifs, et l'hydrogène est l'un des carburants les plus réactifs que nous utilisons.

L'hydrogène et le monoxyde de carbone avec le TMSO ont produit des temps de retard à l'allumage 37% plus rapides que ceux du scénario de référence. Et le méthane imprégné de HMDSO a produit des temps de retard 50% plus rapides.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux mettront en lumière la manière dont les siloxanes altèrent les performances du moteur s’ils sont utilisés comme carburant.

«Les traces de siloxanes sont un problème connu dans les applications de biogaz, conduisant à la formation de dépôts de silice abrasive sur les composants du moteur», explique la coauteure de l'étude, Rachel Schwind, une doctorante. "Pour cette raison, la plupart des recherches antérieures dans ce domaine se sont concentrées sur la façon de les éliminer du gaz capturé."

Le potentiel des siloxanes

Outre le problème que posent les siloxanes, il existe également un potentiel. Selon M. Wooldridge, les siloxanes pourraient jouer un rôle clé dans la production d’énergie renforcée à partir de biogaz.

«Nous aimerions pouvoir les exploiter comme source d’énergie», dit-elle.

L'analyse de la chimie de combustion est un pas dans cette direction.

«Cela éliminerait potentiellement le besoin de nettoyage ou d'élimination lors du traitement du biogaz et réduirait les coûts», déclare Schwind. «Si nous pouvons réduire ces coûts, le biogaz deviendra un carburant totalement neutre en carbone. Et si nous pouvons faire du gaz d'enfouissement une option plus attrayante sur le plan économique, les exploitants de sites d'enfouissement seront plus incités à capturer et à utiliser ce gaz nocif à effet de serre. »

La recherche apparaît dans le journal Combustion et Flamme.

Le programme des sciences de l'énergie de base du département de l'Énergie des États-Unis a soutenu la recherche.

étude originale

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