Evaluation exergétique et thermodynamique avancée

170220 anpf principal routes frLa transition entre les matières premières fossiles et les matières premières biosourcées conduira à de nouveaux procédés chimiques et à des défis correspondants dans le domaine du génie chimique. Trois aspects présenteront des défis spécifiques :

  • Le mélange énergétique et donc toute estimation réaliste des coûts de l'énergie ne sont pas disponibles. Ainsi, pour l'estimation des coûts d'un produit issu d'un nouveau procédé, une mesure plus générale des coûts de l'énergie est recherchée.
  • Il existe de nombreuses voies de production possibles à partir de la biomasse pour n'importe quel produit, y compris la pyrolyse ou la gazéification, en utilisant uniquement des composants dédiés issus de la biomasse comme l'amidon, le sucre ou l'huile végétale et finalement en utilisant tous les composants de la biomasse, y compris la cellulose et la lignine dans une bioraffinerie. Cette grande variété d'options, pour lesquelles il n'existe que peu d'expertise, nécessite un outil d'évaluation de processus qui permet une comparaison fiable avec peu de données d'entrée. Dans le même temps, l'outil devrait permettre une évaluation plus détaillée à mesure que de plus amples informations seront disponibles au cours de l'élaboration des procédés.
  • Étant donné que la teneur en oxygène de la biomasse est significativement plus élevée que celle des ressources fossiles, les produits biologiques et les produits intermédiaires auront un degré de fonctionnalisation plus élevé. Pour de tels composants, la description thermodynamique est un défi.

Pour l'évaluation des options de procédé, on utilise l’exergie, ce qui permet de faire des estimations initiales de la demande d'énergie d'un processus basé sur des informations uniquement incluant les réactions chimiques en cours. Comme prochaine étape de raffinement, des informations plus détaillées peuvent être introduites comme des estimations de la température et de la pression des étapes du procédé et des compositions attendues. Cela permet même une première évaluation de la demande d'énergie pour la séparation et la purification. L’exergie peut également être utilisée pour évaluer les pertes d'énergie des différents équipements. Pour ces évaluations exergétiques, un outil basé sur MATLAB a été développé.

La conception de processus complètement nouveaux, en particulier dans le domaine des options en aval pour les produits chimiques biologiques, peut être soutenue par des arbres optionnels en cascade, qui permettent un développement systématique des processus tout en aboutissant à une représentation graphique très claire des différentes options. Les arbres d'options peuvent être appliqués à des niveaux de détail croissants au fur et à mesure de l'évolution du processus.

Afin de relever les défis de la description thermodynamique des mélanges complexes, en collaboration avec le Prof. Ass. Dr. Thomas Wallek de TU Graz, de nouveaux concepts de modèles ont été développés, ils permettent de prendre en compte l'information tridimensionnelle complète des interactions moléculaires. De cette façon simultanée, de multiples interactions fortes comme les liaisons hydrogène entre deux molécules peuvent être prises en compte, ce qui influence bien sûr le comportement thermodynamique.

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Contact(s) : Andreas Pfennig

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