Article Dans Une Revue TSM. Techniques Sciences Méthodes – Génie urbain, génie rural Année : 2024

Développement d'un procédé de méthanation biologique à l'aide d'une approche de modélisation multi-échelle Biological methanation process development using a multi-scale modeling approach

Résumé

La méthanation biologique est une technologie verte prometteuse qui permet de valoriser les déchets organiques et de stocker l'excès d'énergie renouvelable sous forme de méthane. Toutefois, cette technologie en est encore à ses débuts en termes de commercialisation, car les recherches actuelles se concentrent sur des études de preuve de concept à l'échelle laboratoire/pilote et les exemples à grande échelle sont encore rares. Par ailleurs, les modèles numériques simplifiés (à une dimension 1D) ou tridimensionnels (CFD -Computational Fluid Dynamics) sont des outils pertinents pour le changement d'échelle et l'optimisation des bioréacteurs. Ce travail fourni un exemple concret du changement d'échelle du procédé de méthanation biologique, appuyé par des outils de simulation 1D et 3D. Les modèles ont d'abord été validés avec de données expérimentales à l'échelle pilote (volume de 22 L), puis appliqués à l'échelle industrielle au cas du réacteur d'Electrochaea (volume de ~5 m 3 ). Il s'avère que le transfert gaz-liquide de l'hydrogène a un impact limitant sur la performance biologique. A l'échelle du laboratoire, l'injecteur de gaz joue un rôle crucial dans la génération de la population de bulles, ce qui affecte ultérieurement le transfert de masse et la performance biologique globale. La pureté du méthane a été multipliée par deux avec une plaque poreuse uniforme par rapport à 4 diffuseurs ponctuels. À plus grande échelle, le modèle CFD révèle des écoulements instables dus à des gradients de densité résultant d'un fort appauvrissement gazeux, puisque l'injection de 4 moles d'hydrogène et 1 mole de dioxyde de carbone forment au plus 1 mole de méthane en sortie. L'article se termine par des recommandations pour le changement d'échelle et la conception des réacteurs de méthanation, notamment des stratégies visant à améliorer le transfert gaz-liquide à grande échelle. Ces stratégies impliquent une conception de distributeur uniforme permettant l'injection de petites bulles et la conception de hauts bioréacteurs pour améliorer les performances liées au transfert d'hydrogène.
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04952699 , version 1 (17-02-2025)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : hal-04952699 , version 1

Citer

Vincent Ngu, Claire Dumas, Yan Rafrafi, Morchain Jéôrme, Arnaud Cockx. Développement d'un procédé de méthanation biologique à l'aide d'une approche de modélisation multi-échelle Biological methanation process development using a multi-scale modeling approach. TSM. Techniques Sciences Méthodes – Génie urbain, génie rural, 2024. ⟨hal-04952699⟩
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