Optimisation structurelle et opératoire de procédés de valorisation thermochimique de biomasse algale

Superstructure and parametric optimization of processes in algae biomass thermochemical valorization.

• Auteur / Autrice : Arthur Do Nascimento Rocha
• Direction : Frederic Marias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 18/07/2023
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de thermique energétique et procédés - Laboratoire de Génie Thermique Énergétique et Procédés (EA1932)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Arlabosse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sary Awad, Xuan Meyer, Frédéric Marias, Sabine Sochard, Sébastien Breteche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sary Awad, Xuan Meyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Combustion

Algues marines

Mots clés libres

Algues

Pré-Traitement

Optimisation

Combustion

Gazéification

Algae

Pre-Treatment

Optimization

Combustion

Gasification

Résumé

Le travail de thèse porte sur l'analyse de la voie thermochimique de conversion de la biomasse algale (microalgues, algues invasives). Cette voie de conversion reste peu exploitée en raison des caractéristiques de ce type de biomasse, malgré son potentiel de production d'énergie ou de vecteurs énergétiques à bilan carbone réduit. L'objet d'étude de cette thèse est un assemblage d'opérations unitaires, nommé chaîne de valorisation, qui englobe les étapes de prétraitement, conversion et post-conversion dont la biomasse algale est la matière première. Ainsi, différentes technologies ont été recensées pour chacune de ces étapes. Ces différentes opérations unitaires ont été modélisées et introduites dans un algorithme d'optimisation mathématique permettant de définir le procédé répondant à un objectif de meilleure efficacité énergétique ou rentabilité économique. Deux types d'algues ont été utilisées comme matière première : Chlorella Vulgaris (microalgue) et Ulva lactuca (macroalgue). L'outil d'optimisation développé permet de déterminer, le meilleur procédé (au sens de l'enchainement de ses opérations unitaires) au regard du produit final désiré (CH4, H2, syngaz ou chaleur).

Thermochemical conversion of algae into energy or into an energy carrier is really attractive in terms of carbon accounting. However, such pathways have not been yet widely exploited, mainly, because of some characteristics of this biomass (high moisture and ash contents). In this study, a process composed of three main stages, pretreatment, conversion and post conversion, was defined and investigated. Possible unit operations involved in such stages were listed, converted into mathematical models and then grouped together into an optimization algorithm to set up a MINLP problem. The resulting tool was used to compute the best valorization process structure with respect to the sequence of unit operations and their associated operating conditions. Two species of algae were considered, Chlorella Vulgaris (microalgae) and Ulva lactuca (macroalgae), to evaluate the ability of the tool to design processes for the production of heat, syngas, H2 and CH4.