Ιntensificatiοn par micrο-οndes de la pyrοlyse de sargasse.

Microwave-assisted intensification of sargassum pyrolysis

• Auteur / Autrice : Randal De la cruz iturbides
• Direction : Isabelle Polaert, Ulises Jauregui haza
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Genie des procedes
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020; Soutenance le 27/11/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique, Sciences de l'Ingénieur, Matériaux, Énergie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LABORATOIRE DE SECURITE DES PROCEDES CHIMIQUES
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : INSA Rouen Normandie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Polaert, Ulises Jauregui haza, Lokmane Abdelouahed, Sarra Gaspard, Cédric Quendo, Pascaline Pre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cédric Quendo, Pascaline Pre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-ondes

Mots clés libres

Micro-ondes ; intensification des procédés ; pyrolyse de sargasse ; valorisation de biomasse ; réacteurs sous micro-ondes ; absorbeurs de micro-ondes ; simulation.

Microwaves; process intensification; sargassum pyrolysis; biomass valorization; microwave reactors; microwave absorbers; simulation.

Résumé

L'objectif de cette thèse est la valorisation des sargasses par pyrolyse assistée par micro-ondes monomodes, avec un accent particulier sur l'évaluation de la faisabilité de ce procédé à la fois à l'échelle du laboratoire et à l'échelle pilote. Cette recherche répond à la nécessité croissante de trouver des solutions énergétiques durables et aborde le problème environnemental que représente l'invasion des sargasses dans les Caraïbes, qui sont devenues un important contaminant dans la région. La méthodologie s'est concentrée sur l'approfondissement de la compréhension de l'interaction entre les sargasses et les micro-ondes, dans le but d'optimiser et d'intensifier le processus de pyrolyse. Dans le cadre de cette stratégie, des études à l'échelle de laboratoire ont été menées, où la pyrolyse en batch du solide de sargasses a été étudiée, en utilisant du carbure de silicium (SiC) et, pour la première fois, du biochar de sargasses comme absorbants de micro-ondes. L'utilisation du biochar de sargasses s'est révélée plus efficace que le carbure de silicium (SiC), permettant d'obtenir une bio-huile de meilleure qualité, en raison de sa moindre acidité, et une production plus élevée de biogaz riche en hydrogène et en monoxyde de carbone. Par la suite, à l'échelle pilote, un réacteur a été développé et évalué en termes de compatibilité avec le système micro-ondes à travers des études de thermographie et des simulations sur COMSOL. Un réacteur techniquement fonctionnel a été obtenu, dont le comportement des micro-ondes à l'intérieur du système est fortement conditionné par l'évolution de la permittivité des sargasses. Son efficacité lors de la pyrolyse des sargasses en batch sur le solide a été évaluée. Des difficultés techniques restent à surmonter mais ce procédé a prouvé son intérêt pour pouvoir traiter de grandes quantités de sargasses en semi-batch sur le solide et valoriser cette biomasse invasive.

The objective of this thesis is the valorization of sargassum through microwave-assisted pyrolysis using monomode microwaves, with a particular focus on evaluating the feasibility of this process at both laboratory and pilot scales. This research addresses the growing need for sustainable energy solutions and tackles the environmental issue posed by the massive influx of sargassum in the Caribbean, where it has become a significant pollutant in the region. The methodology centers on enhancing the understanding of the interaction between sargassum and microwaves, with the goal of optimizing and intensifying the pyrolysis process. As part of this strategy, laboratory-scale studies were conducted, where the batch pyrolysis of sargassum solids was investigated, using silicon carbide (SiC) and, for the first time, sargassum biochar as microwave absorbers. The use of sargassum biochar proved more effective than silicon carbide (SiC), yielding a higher quality bio-oil, due to its lower acidity, and a higher production of biogas rich in hydrogen and carbon monoxide. At the pilot scale, a reactor was developed and evaluated for compatibility with the microwave system through thermographic analysis and simulations using COMSOL. A technically functional reactor was produced, though its microwave behavior was strongly influenced by the evolving permittivity of the Sargassum. The reactor’s efficiency in batch pyrolysis of sargassum solids was assessed, and while technical challenges remain, the process shown promise for treating large quantities of sargassum in semi-batch on the solid fraction and valorizing this invasive biomass.