Utilisation de minéraux en tant que porteurs d'oxygène potentiels dans le procédé de combustion en boucle chimique

L'intérêt de trouver des porteurs d'oxygène de remplacement pour le procédé de combustion en boucle chimique (Chemical Looping Combustion, CLC) aux porteurs de synthèse chers et souvent non sans dangers pour la santé est évident. La sélection préliminaire des minéraux potentiellement intéressant doit être faite en fonction de plusieurs facteurs, dont la capacité de transfert d'oxygène théorique, leurs propriétés physicochimiques, les résultats des calculs d'équilibre thermodynamique, leur abondance et absence de dangerosité, etc. Suite à cette sélection préliminaire, des minéraux de fer (ilménite, hématite, limonite), de manganèse (pyrolusite, psilomélane), du vanadium (vanadinite, carnotite), du nickel (millérite/pentlandite), du cuivre (cuprite), du zinc (zincite), du magnésium (brucite), du cobalt (cobaltite) et du béryllium (béryl) ont été sélectionnés. Ceux-ci ont donc été soumis à divers essais d'oxydoréduction sur thermobalance, lit fixe et microréacteur en vue de la caractérisation expérimentale de leur capacité de transfert d'oxygène, et de façon à minimiser et/ou caractériser les phénomènes d'agglomération. Les résultats de ces essais ont permis de constater que la pyrolusite constitue un minerai de choix en tant que porteur d'oxygène pour le procédé CLC. En effet, en plus de présenter une capacité de transfert d'oxygène élevé (6% pour des réductions de 10 minutes sous 10% CH4, et jusqu'à 10% pour des réductions sous syngaz à 800C), ce minerai ne présente aucune tendance à l'agglomération. Aussi, la nature du gaz sous laquelle le minerai est préchauffé à la température d'opération du procédé est apparue comme déterminante au niveau de la capacité de transfert d'oxygène. En effet, une augmentation de la capacité de transfert d'oxygène oscillant entre 3 et 6 fois a été notée lorsque la pyrolusite est chauffée en présence d'air (par opposition à une rampe sous atmosphère inerte). Par contre, selon la provenance du minerai, un phénomène de déposition de carbone lors de la réduction sous méthane a été noté. Finalement, des inconnues demeurent en ce qui concerne sa tenue mécanique dans le procédé CLC (résistance à l'attrition). Les essais ont également permis de caractériser les capacités de transfert d'oxygène des autres minéraux testés (dans tous les cas, beaucoup plus faibles que celles de la pyrolusite), de même que de déterminer la nature de l'agglomération survenant avec certains porteurs d'oxygène à base de fer, notamment l'ilménite. L'agglomération de porteurs d'oxygène à base de cuivre et de nickel a également été observée.