Ammoniac Nucléaire

Energy from Thorium reader Raul Parolari thought that some of our posts should be presented in other languages, so he offered this translation to French.

 

Le LFTR (Réacteur à Fluorure Liquide de Thorium) a le potentiel pour rendre l’énergie électrique moins chère que celle basée sur le charbon. Les coûts typiques de l’énergie électrique – produite à partir du charbon, hydroélectricité et sources de gaz naturel – achetée par les services publics aux US sont en moyenne autour de 5-6 centimes (ndr: de $) par kilowatt-heure. Les règlements gouvernementaux exigent aux services publics d’acheter l’énergie produite par le solaire et l’éolienne à 20-30 centimes/kWh. Le coût potentiel de 3 centimes/KWh offert par le LFTR est la motivation économique por cesser de brûler du charbon émettant du CO2, sans les taxes économiquement préjudiciables sur le carbon et sans des tarifs d’achat politiquement obscurcies. De cette façon l’LFTR peut améliorer à la fois l’environnement et l’économie.

Il y a un moyen supplémentaire pour bénéficier de la puissance à bas prix du LFTR – synthétiser des combustibles liquides pour remplacer le pétrole. Le monde dérive 37% de son énergie à partir du pétrole, contre 21% à partir du charbon. Une centrale nucléaire typique génère environ 1 GW (1000 MW) de puissance électrique. Une grande raffinerie produit 40 GW de puissance sous la forme d’essence, du diesel et du carburéacteur.

Les carburants pétroliers liquides contribuent au réchauffement climatique mais ils sont essentiels à l’économie mondiale. Leur haute densité énergétique et portabilité les rend des sources d’énergie attrayantes pour les véhicules comme les voitures, camions, trains, bateaux et avions, qui portent son source d’énergie avec soi.

Nous pouvons utiliser plus de puissance d’origine LFTR pour plus de trains à grande vitesse et pour plus de petites automobiles à courte portée; nous pouvons utiliser des centrales LFTR pour propulser des grands navires océaniques. Mais nous ne pouvons électrifier des avions commerciaux et camions parce qu’ils ne peuvent pas porter des lourdes, encombrantes batteries avec eux.

L’élevée densité énergetique du pétrole et un siècle d’expérience en ingénierie dans son utilisation l’ont rendu essentiel pour l’économie américaine; notre soif de celui-ci s’élève à 260 milliards de gallons (ndr: 1 gallon = 3,8 litres) par an. Notre présence protectrice dans le golfe Persique est estimée avoir coûté plus de 7 mille milliards de $.

L’Hydrogène a été présenté comme le combustible idéal, brûlant proprement et émettant seulement de la vapeur d’eau dans l’atmosphère après combustion. L’hydrogène peut être efficacement produit par dissociation catalytique ou par électrolyse à haute température, ce qui est possible avec des technologies avancées d’énergie nucléaire comme le réacteur à haute température refroidi à gaz (NGNP) favorisée par l’Idaho National Labs, ou le LFTR avec refroidissement à sel fondu.

 

L’efficacité de la conversion de l’énergie thermique en énergie chimique potentielle peut approcher le 50% avec le cycle du soufre-iode si la température du sel fondu est de 900 C; un cycle cuivre-chlore un peu moins efficace peut être utilisé à des températures inférieures compatibles avec les matériaux nucléaires courants.

Néanmoins, l’hydrogène est un carburant impraticable pour un véhicule. Pour le contenir il faut soit une couteuse réfrigération à -423 F ou une coûteuse compression à 5000 psi. Les petites molécules de H2 fuivent, et peuvent fragiliser les métaux.

L’azote et le carbone peuvent être des transports efficaces de l’énergie potentielle chimique de l’hydrogène. Les formes liquides de ces combustibles peuvent être facilement contenues dans des réservoirs à des températures et pressions standards modestes. La densité énergétique de ces combustibles liquides est supérieure à celle de l’hydrogène, ce qui permet de réservoirs plus petits.

Le méthanol, favorisé par le prix Nobel George Olah, est un substitut raisonnable de l’essence; le diméthyl éther peut se substituer à du carburant diesel. Les deux nécessitent des sources de carbone, peut-être de nouvelles installations de captage du carbone dans les usines de charbon. Ce carbone sera finalement libéré dans l’atmosphère lorsque le combustible est brûlé; nous l’avons empruntée en sortant de l’usine de charbon.

Mais qu’advient-il si nous cessons la combustion du charbon? Le projet “Liberté Verte” (“Green Freedom”, Los Alamos Lab) propose de capter le CO2 de l’air, mais sa densité n’est que de 0,035% de l’air. Par contre, l’azote est abondant dans l’atmosphère (78%) et le retourner à l’air est non polluante. Considérons donc l’ammoniac comme combustible. L’ammoniac est le deuxième produit chimique industrielle le plus commun.

 

Ammoniac

L’ammoniac est utilisé pour faire des engrais et même directement dans l’agriculture, par l’injection d’ammoniac liquide directement sous le sol. Les engrais de l’ammoniac sont responsables de l’amélioration de la production agricole qui alimente les deux tiers de la population mondiale. Plus que 1% de l’énergie primaire est utilisée pour produire de l’ammoniac.

Ammonia Fertilizer

L’ammoniac est un produit chimique industriel si commun qu’il est distribué par des canalizations dans les États agricoles. Il est transporté et contenu dans des réservoirs sous une pression modeste, similaire à celle du propane.

Ammonia Pipelines

Il est potentiellement dangereux à inhaler; une concentration de 1% inhalé pendant 1 heure a un risque de mortalité de 1%. Cependant l’ammoniac est facilement détecté par son odeur, et étant plus léger que l’air il se dilue rapidement dans un déversement. Contrairement à l’essence ou le carburant diesel, il ne prend pas feu en cas d’accident; la température d’inflammation est de 650 C. Considérant tous ces risques, le danger de l’ammoniac pour la santé est environ le même que celui de l’essence.

 

Le combustible Ammoniac

L’ammoniac a été le combustible pour l’avion X-15 qui a établi (dans les années ‘60) des records de vitesse. L’Université du Michigan a un camion alimenté à l’ammoniac. En Belgique pendant la Seconde Guerre mondiale du combustible à ammoniac alimenté les autobus.

Aujourd’hui des moteurs polycarburant (“flex-fuel”) à combustion interne sont capables de fonctionner avec une variété de combustibles, allant de l’essence à l’E85 (éthanol 85%, 15% d’essence). Il semblerait que les moteurs flex-fuel peuvent être adapté pour fonctionner avec un mélange miscible d’ammoniac et une petite quantité de diméthyl éther ou de l’ammoniaque mélangé avec de l’ammoniac réformé (NH3 -> 3 / 2 H2 + N2) dans le chemin vers le moteur.

Les piles à combustible sont une alternative aux moteurs à combustion interne. Dans les piles à hydrogène, l’hydrogène est combiné avec l’oxygène dans l’air pour produire électricité pour les batteries de véhicules et de moteurs.

La pile à combustible directe d’ammoniac utilise l’ammoniac directement, en enlevant l’hydrogène de l’ammoniac sur la surface chaude d’un électrolyte céramique.

Production d’Ammoniac

Le processus inverse peut fabriquer l’ammoniac à partir des flux d’azote séparée de l’air et d’hydrogène créé par dissociation, alimenté par la chaleur industrielle à haute température et par énergie électrique fourni par les générateurs LFTR.

Solid State Ammonia Snythesis

L’étape de l’électrolyse ou de dissociation thermique de l’hydrogéne peut être éliminé via la synthèse d’ammoniac à semi-conducteurs, fonctionnant comme une pile à combustible à oxyde solid, mais en sens inverse. Il a de même une membrane conductrice à céramique protonante. Il a l’avantage qu’il n’y ait jamais aucun gaz d’hydrogène explosif séparé et il fonctionne à basse pression. L’azote est obtenu à partir de l’ASU (unité de séparation d’air). L’eau approvisionne l’hydrogène. Les membranes céramiques sont des tubes et le SSAS peut être étendu en utilisant plusieurs tubes.

Le processus SSAS est plus sûr et moins cher que la norme du processus Haber-Bosch. L’avantage essentiel pour le coût est que le SSAS est projeté de produire ammoniac à 6800 kWh par tonne. Avec une production industriel, la puissance électrique du LFTR devrait coûter 0.03/kWh $, entraînant des coûts de l’ammoniac d’environ 200 $ la tonne. Ce prix est la moitié du coût de l’ammoniac produite aujourd’hui à partir de gaz naturel, et on évite le dégagement de dioxyde de carbone dans ce processus de fabrication si répandu.

La chaleur de combustion est l’énergie thermique qui serait libérée dans un moteur à combustion interne. Tenant compte des prix différents et des chaleurs de combustion de l’ammoniac et de l’essence illustre le fait que l’énergie de l’ammoniac est un tiers du coût de l’énergie de l’essence.

 

Coût du combustible ammoniac

Comment ce coût énergétique inférieur pourrait se traduire dans les coûts de carburant des véhicules? Le diagramme à barres ci-dessous illustre (à gauche) les composantes typiques du coût de l’essence en Californie. La plupart du coût est pour le pétrole brut qui fournit le contenu énergétique de l’essence. Les coûts de raffinage ne sont que 10% environ, même si les raffineries sont des investissements complexes et coûteux.

Relative costs

Nous ne savons pas vraiment le coût d’usines chimiques SSAS, mais simplement supposez que les ingénieurs chimistes de talent qui ont construit les raffineries de pétrole peuvent construire pareillement des grandes usines de production d’ammoniac à peu près au même coût.

En résumé, le l’ammoniac comme combustible liquide peut remplacer les combustibles liquides dérivés du pétrole pour les véhicules de transport de surface, à un moindre coût, et en éliminant les émissions de CO2.

Cet article est issu d’une presentation par Robert Hargraves, Darryl Siemer, and Kirk Sorensen, Ammoniac Nucléaire: Killer App du Thorium, présenté le 11 Octobre 2011, à la réunion annuelle iTheo au City College de New York.

 

Comments

comments


6 Replies to "Ammoniac Nucléaire"

  • Frank Jablonski
    December 19, 2011 (9:40 am)
    Reply

    Merci mille!

  • Raul Parolari
    December 19, 2011 (11:34 am)
    Reply

    Frank, heureux que vous aviez trouvez utile l'article de Robert Hargraves.

    Si vous voyez des erreurs, pouvez-vous me les signaler? (ici ou à mon email, raulparolari arobase gmail.com).

    Je suis italien (et américain), et mon français est un peu… fragile :-)
    Merci.

  • Robin Datta
    December 20, 2011 (6:30 pm)
    Reply

    What it needs is a functioning rss feed.

  • Rouget
    January 18, 2012 (3:29 pm)
    Reply

    Merci pour cette traduction.

    L'ammoniaque reste toxique mais on sert bien dans l'industrie agro-alimentaire…

    PS: une vidéo sur Youtube avec Nixon, ça ne vous dit rien par hasard ?

  • vincent
    January 25, 2012 (4:23 pm)
    Reply

    la construction de centrale à Réacteur à Fluorure Liquide de Thorium permettra de relancer une nouvelle dynamique globale de l'économie. en permettant une nouvelle génération de combustible à des fins civiles plus demandeuses dans la lutte contre l'entropie. en effet ce serait une source d'électricité et de combustible d'hydrogène et d'ammoniac dans le court, moyen et long terme à bas prix!

    nos prédécesseurs ont marché sur la lune il y a 40 ans maintenant il est l'heure de parler d'installer une économie lunaire pour aller sur mars

    pour celà le thorium nous ouvre la voie alors merci pour votre effort

  • fab
    November 20, 2012 (5:54 pm)
    Reply

    Merci beaucoup pour cette traduction.


Leave a Reply