Sélection de paires CO2 / Solvant biosourcé

Cette tâche vise à sélectionner des solvants bio-sourcés ayant des propriétés appropriées au procédé de réfrigération par absorption. Principalement

  • le CO2 doit être très soluble dans le bio-solvant à basse température (absorbeur) et peu soluble à haute température (générateur).
  • le bio-solvant ne doit pas être volatile afin que la vapeur formée dans le générateur ne contienne idéalement que du CO2.
  • le mélange  CO2 + bio-solvant doit avoir une faible viscosité pour faciliter l'écoulement dans l’installation

Des études récentes ont montré que la capacité des solvants organiques à absorber le CO2 est étroitement liée à leur structure et à leur masse molaire. Par ailleurs, des comparaisons de la solubilité du CO2 dans divers absorbants ont mis en évidence que la présence de groupes carbonyle, éther et ester augmentent l'absorption du CO2.

Dans un premier temps, une revue de la littérature basée sur des structures moléculaires comprenant des groupes carbonyle, éther ou ester sera réalisée afin d'obtenir une présélection de 100 substances. Dans un second temps, une liste restreinte à 50 composés chimiques sera établie en considérant des grandeurs caractéristiques telles que la température de fusion, la température d'ébullition, la viscosité, le point d'éclair ou encore l’étiquetage GHS. La simulation en dynamique moléculaire sera utilisée pour prédire des propriétés thermophysiques telles que les équilibres liquide - vapeur et les propriétés de transport des mélanges. La prédiction de ces propriétés conduira à la sélection d’une douzaine de bio-solvant qui seront ensuite étudiés expérimentalement.

Acquisition de données expérimentales

Une grande partie du projet concerne l’acquisition de données expérimentales inexistantes dans la littérature. Plus particulièrement les propriétés énergétiques et volumétriques des systèmes sélectionnés seront mesurées, il s’agit de :
  • l'enthalpie d'excès, de l'enthalpie de solution (20 compositions, 3 températures et 3 pressions),
  • la capacité thermique (constituants purs, mélanges pour environ 10 compositions, 5 températures et 6 pressions),
  • la densité thermique (constituants purs, mélanges pour environ 10 compositions, 5 températures et 6 pressions
  • la stabilité thermique des bio-solvant purs

Modélisation thermodynamique et évaluation de la performance du procédé

Plusieurs équations d'état cubiques et différentes règles de mélange seront testées pour trouver un modèle thermodynamique approprié. Les données expérimentales déterminées au laboratoire seront essentielles pour comparer les différents modèles thermodynamiques et permettront d’ajuster les paramètres de chaque modèle. A terme, une représentation solide du système CO2  / bio-solvant sera réalisée, elle permettra d’optimiser l'efficacité des cycles thermodynamiques et de calculer le coefficient de performance afin de sélectionner les meilleures combinaisons CO2/absorbant naturel pour le procédé de réfrigération par absorption.