Le nouveau concept énergétique du Centre de Conduite et de Surveillance à Aigle (CSA) et son Innovation Lab.
GreenGas utilise la convergence des réseaux pour optimiser le potentiel des énergies renouvelables du site, décarboner les activités industrielles de celui-ci, et valoriser le CO2 capté sous forme de produits dérivés.
L'innovation au service de la transition énergétique !
Le CSA - centre névralgique du contrôle des mouvements de gaz dans les réseaux de transport haute pression de Suisse occidentale - fait l'objet d'une réflexion globale depuis 2018. Par mesure de sécurité de par la fonction stratégique du site et afin de mettre en œuvre son programme de transition énergétique d'ici à 2050, Gaznat a réalisé une étude pour déterminer les besoins en énergie du site et son potentiel en termes d'énergies renouvelables.
En parallèle, Gaznat continue d'investir dans la recherche pour décarboner de façon durable ses activités par le biais d'un pôle de compétence sur la capture, le stockage et l’utilisation du CO2 pour la production de méthane de synthèse, en partenariat avec l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Cette coopération stratégique avec l'EPFL a mené à maturité deux innovations prêtes à être testées en milieu industriel : le réacteur de méthanation et les membranes en graphène à nanopores.
L'intégration du programme R&D dans la refonte du CSA a donné naissance au projet GreenGas : un projet énergétique inédit en Suisse romande, doté du plus grand laboratoire romand à échelle industrielle pour le développement des gaz renouvelables neutres en CO2, l'Innovation Lab, dont l'inauguration s'est déroulée le 30 août 2023.
Plan du Centre de Conduite et de Surveillance à Aigle (CSA) - 2023Dans la continuité de l'activité principale de Gaznat, la chaine de valeur GreenGas repose sur la production de méthane de synthèse neutre en CO2.
Un objectif majeur de ce nouveau concept énergétique vise à maximiser l'utilisation du potentiel local en énergies renouvelables, tout en garantissant la sécurité d'approvisionnement du site, une priorité absolue.
En parallèle, GreenGas se construit autour des nouvelles technologies issues de la coopération stratégique avec l'EPFL que sont le réacteur de méthanation et les membranes pour la capture du CO2 implémentés in situ. Par le biais de son Innovation Lab, ce projet facilitera également le développement d'autres technologies émergentes en lien avec l'énergie et offrira une plateforme de tests évolutive, à disposition de tiers comme les EPF, HES et startups suisses en priorité. L'étape ultime de ces projets financés par Gaznat en milieu industriel sera de commercialiser ces technologies de l'avenir.
Le concept GreenGas et son Innovation Lab prennent forme autour d'un ensemble de modules et processus interconnectés dont le chantier a débuté en 2022 et se poursuivra tout au long de l'année 2023.
Schéma de principe du concept GreenGas avec son installation centrale le Power-to-GasLe réacteur de méthanation catalytique est avec l'électrolyseur le composant central de l'installation Power-to-Gas.
Cette technologie se décompose en deux étapes : d'abord l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques est convertie en hydrogène par l'électrolyse ; ensuite cet hydrogène, combiné à une source de CO2, est injecté dans un réacteur de méthanation novateur à haut rendement de conversion pour produire du gaz renouvelable non fossile.
A l'issue d'un seul passage dans le réacteur, le taux de conversion en méthane de synthèse du dioxyde de carbone et de l'hydrogène injectés dans ce dernier atteint une efficacité de plus de 99%, une caractéristique qui rend cette technologie de méthanation unique.
Le méthane de synthèse produit par le réacteur de méthanation, ayant les mêmes propriétés que le gaz naturel et reconnu comme neutre en CO2, est injecté directement dans le réseau de gaz naturel basse pression pour une utilisation finale par les clients industriels et privés.
Ce réacteur de méthanation est doté d'une puissance 225 fois supérieure à celle du prototype sorti de son laboratoire d'origine. Sa puissance thermique est de 225 KWth. L'énergie thermique dissipée tant par l'électrolyseur que le réacteur de méthanation est récupérée et injectée dans le micro-réseau de chauffage pour couvrir plus de la moitié des besoins des bâtiments d'exploitation du CSA.
Des membranes en graphène à nanopores, permettant de capturer le CO2 issu des gaz de combustion des couplages chaleur-force du site, viennent compléter l'installation Power-to-Gas à Aigle.
Le graphène est un matériau ultra-mince et flexible, pourtant d'une résistance exceptionnelle. Totalement imperméable aux gaz, cela en fait un médium particulièrement intéressant pour leur séparation. Grâce à une technologie d'oxydation créant des pores extrêmement petits dans le graphène de manière régulée, on obtient un flux sélectif récupérant le dioxyde de carbone (CO2) et bloquant l'azote (N2). Ce procédé s'appuie sur le fait que la molécule de dioxyde de carbone est plus petite que celle de l'azote.
Cette propriété est intéressante pour la capture du carbone dans les gaz de combustion composés d'un faible pourcentage de dioxyde de carbone dans l'azote, ce qui est le cas de la cogénération exploitée sur le site d'Aigle, émettant un gaz de combustion contenant 11,8% de CO2.
Ces membranes ont la capacité de capturer 10 kg de CO2 par jour, puis à terme 45 kg par heure. Ce processus est appelé à produire du CO2 d'une pureté de 98% qui pourra ensuite être stocké sous forme liquide en vue d'une injection ultérieure dans le réacteur de méthanation pour la production de méthane de synthèse neutre en CO2.
Schéma représentant le réseau poreux de graphène séparant le dioxyde de carbone de l'azoteLa capture du CO2 et son utilisation en tant que matière première à valoriser dans le réacteur de méthanation est une voie particulièrement prometteuse dans la décarbonation de la chaîne gazière.
En 2015, Gaznat et l'EPFL ont créé une chaire pour capturer le CO2 à sa source et le valoriser sous forme de produits dérivés . C'est l'équipe du Pr Kumar Varoon Agrawal, Responsable du Laboratoire des Séparations Avancées (LAS), qui a mené l'innovation des membranes à maturité à l'EPFL Valais Wallis à Sion, au sein de l'Institut des Sciences et Ingénieries Chimiques (ISIC), lequel se concentre notamment sur les énergies renouvelables, la chimie durable et les matériaux pour la protection de l'environnement. Les membranes à nanopores développées font l'objet d'un brevet déposé par Gaznat.
Le concept énergétique GreenGas a vu le jour grâce au concours d'une vingtaine de partenaires, fournisseurs et prestataires. Il a fallu une coordination parfaite entre la réalisation du gros œuvre du chantier et l'installation des différents composants technologiques, tout en maintenant une sécurité absolue du site.
La conception finale et la construction du réacteur de méthanation mis à l'échelle à Aigle est le fruit d'une collaboration étroite avec le Laboratoire des matériaux pour les énergies renouvelables (LMER), dirigé par le Pr Andreas Züttel, et la société GRZ Technologies, une spin-off de l'EPFL Valais Wallis qui avait déjà mis au point le réacteur de méthanation pilote implémenté au poste de détente et de comptage à Sion.
L’Innovation Lab au premier planGRZ Technologies se distingue par ses compétences dans le domaine de l'hydrogène, notamment son stockage innovant dans des hydrures métalliques, une autre technologie pionnière intégrée dans le concept énergétique GreenGas.
Le CEO et co-fondateur de GRZ Technologies, Noris Gallandat, docteur en ingénierie mécanique, affilié à l'EPFL entre 2016 et 2022, a été un interlocuteur clé dans ce projet. Le partenariat de longue date qui lie Gaznat à l'équipe fondatrice de GRZ Technologies a assuré une excellente compréhension des enjeux du projet GreenGas et sa réussite.
