Les initiatives de décarbonisation offrent de nouvelles opportunités de marché pour les membranes de séparation des gaz, rapporte IDTechEx

BOSTON, 6 juin 2023 /PRNewswire/ -- La décarbonisation est le principal moteur du marché dans le secteur industriel. Dans chaque feuille de route, il existe un mélange évolutif de solutions qui couvrent le spectre de la préparation technologique, chacune avec ses propres partisans et critiques. Au sein de ces stratégies, il existe inévitablement un large éventail de problèmes scientifiques et techniques. L'un de ces défis récurrents est celui de la séparation efficace des gaz ; IDTechEx pose la question : Cela présente-t-il une opportunité de marché pour la technologie membranaire ?

L'utilisation commerciale des membranes de séparation des gaz n'est pas nouvelle ; l'industrie s'est considérablement développée des années 1980 au début des années 2000. Les membranes existantes ne conviennent pas à toutes les applications de séparation des gaz, mais dans le bon cas d'utilisation (y compris les exigences appropriées en matière de matière première, d'échelle et de pureté), elles peuvent surpasser les autres techniques de séparation ; cela a permis à l'industrie de devenir un marché stable de taille modeste.

Le marché entre maintenant dans une nouvelle phase de croissance. Cela est motivé par des facteurs clés du marché, principalement les applications d'énergie renouvelable et de décarbonisation, et les avancées technologiques répondant à ces besoins. IDTechEx a lancé un nouveau rapport de marché, "Membranes de séparation de gaz 2023-2033"¸ qui fournit une feuille de route technologique critique, le paysage de l'entreprise et les perspectives du marché pour cette industrie en évolution.

Les avantages et les inconvénients de l'utilisation de membranes polymères par rapport à d'autres techniques de séparation (par exemple, l'adsorption cryogénique ou modulée en pression) dépendent de l'application, mais se concentrent principalement sur l'attrait des membranes en tant que processus à faible énergie et les limites de leur sélectivité par rapport au compromis perméabilité et durée de vie dans des environnements réels. Au-delà des membranes polymères en place, il existe un large éventail d'avancées de la recherche ; bon nombre des matériaux les plus prometteurs commencent à gagner du terrain sur le marché et contribueront également à remodeler le paysage commercial.

Les membranes de séparation des gaz ont déjà été adoptées commercialement dans de multiples applications, en particulier la production d'azote, la récupération d'hydrogène, le traitement du gaz naturel et la récupération de vapeur. Nous examinerons ici trois grands domaines potentiels : la valorisation du biogaz, la capture du carbone et l'hydrogène.

Valorisation du biogaz : les membranes sont bien placées pour tirer parti de ce marché en pleine croissance

Le biogaz est constitué de fortes proportions de méthane et de dioxyde de carbone. Celui-ci est principalement utilisé directement, mais un processus de plus en plus important consiste à séparer le CO2 (et à éliminer les contaminants) pour produire du méthane suffisamment pur pouvant être utilisé dans l'infrastructure de gaz naturel. Ce produit est appelé biométhane ou gaz naturel renouvelable (GNR). Ce n'est pas la seule voie vers le biométhane mais c'est la plus courante.

Le RNG n'est pas une nouvelle industrie, mais il devrait connaître une croissance importante au cours de la prochaine décennie. Il existe des moteurs gouvernementaux, notamment l'UE visant une augmentation de la production de plus de 10 fois pour atteindre 35 milliards de m3 de biométhane d'ici 2030, et l'activité industrielle de grandes entreprises, notamment Shell, BP, TotalEnergies, etc. La valorisation passe par une unité de séparation CO2/CH4 ; plusieurs solutions sont commerciales, mais les membranes sont déjà utilisées et gagnent des parts de marché notables. Les solutions sont particulièrement bien adaptées aux projets de gaz de digestion relativement petits, mais ne se limitent pas à cela avec une large gamme d'installations dans le monde. Il existe des matériaux membranaires qui cherchent à entrer sur le marché, mais pour la plupart, cela est satisfait par les membranes polymères à fibres creuses en place comme seul processus de séparation ou dans le cadre d'un système hybride, comme à côté d'une unité cryogénique.

La combinaison d'un cas d'utilisation éprouvé, d'une chaîne d'approvisionnement en croissance et d'une croissance importante du marché en fait un domaine clé pour les membranes de séparation des gaz au cours de la prochaine décennie.

Capture de carbone : la séparation par membrane ne peut pas rivaliser…. Pour l'instant

Le CCUS est un élément central de toute feuille de route de décarbonation industrielle. Au fond, il s'agit d'un défi de séparation, qui pose donc la question de savoir si les membranes peuvent être utilisées.

Les membranes sont déjà utilisées pour les procédés de séparation dans l'industrie du gaz naturel mais ne constituent pas la technologie dominante. Cela continuera d'être un bon marché pour les membranes, et avec la croissance du marché FPSO et l'accent mis sur l'utilisation du CO2 pour la récupération assistée du pétrole (EOR), c'est une partie importante du paysage CCUS. Cependant, cet article se concentrera sur la capture du carbone à la source ponctuelle post-combustion.

La principale séparation des gaz dans le captage du carbone post-combustion est le CO2/N2. Il existe plusieurs considérations difficiles, notamment le fait que les gaz de combustion sont généralement à la pression atmosphérique et avec une concentration en CO2 relativement faible. Cela rend la capture rentable du CO2 très difficile avec les membranes en place. L'épuration aux amines est le procédé le plus couramment utilisé, mais la concurrence des solutions alternatives d'absorption chimique et physique ainsi que des procédés d'adsorption et cryogéniques est de plus en plus forte.

Ce paysage technologique rend difficile pour les membranes polymères en place de gagner des parts de marché. Pourtant, on voit émerger quelques études pilotes, comme celle de Lotte Chemical en Corée. Au lieu de cela, de nombreuses entreprises se tournent vers les matériaux membranaires émergents ou les procédés hybrides. Les membranes composites polymères, y compris les membranes Thin Film Composites (TFC) et les membranes à matrice mixte (MMM), ont suscité un grand intérêt dans la recherche, les premières étant particulièrement répandues en raison de l'amélioration de la perméabilité menée par des MTR. Il existe également des membranes qui offrent des mécanismes de transport alternatifs, notamment des transporteurs de sites fixes (FSC) à base de polymères et des membranes biphasées inorganiques. Les processus hybrides pourraient impliquer un système à membrane entièrement intégré, comme dans les contacteurs à membrane, ou parallèlement à un autre processus de séparation.

Bon nombre de ces projets restent à l'échelle du laboratoire, certains progressant vers des études pilotes plus notables. De nombreuses inconnues subsistent quant à la viabilité technique et économique d'un déploiement à grande échelle et d'un paysage concurrentiel en constante évolution. Si un succès notable doit être constaté, IDTechEx s'attend à ce que ce soit à plus long terme.

Hydrogène : lutter pour séparer les véritables opportunités des impasses

L'ampleur du rôle de l'hydrogène dans un avenir net zéro est largement débattue. Les promoteurs envisagent une vaste infrastructure d'hydrogène vert. Pendant ce temps, les critiques soulignent à juste titre que le marché actuel de l'hydrogène doit être nettoyé avant la poursuite de tout grand projet et les défis entourant le transport de l'hydrogène et les cas d'utilisation au-delà des secteurs particulièrement difficiles à réduire. Comprendre cela est essentiel pour évaluer le potentiel du marché. Cependant, tout au long de l'analyse d'IDTechEx, de nombreux acteurs des membranes de séparation des gaz citent les applications de l'hydrogène comme un marché cible clé.

Il existe 4 principaux cas d'utilisation des membranes de séparation des gaz dans l'industrie de l'hydrogène : la récupération, la production et le transport par pipeline ou transporteur. Les membranes sont déjà utilisées dans la récupération d'hydrogène gazeux, par exemple le gaz de purge d'ammoniac. Ceux-ci peuvent être améliorés et élargis mais ne changeront probablement pas de façon spectaculaire. Le rôle dans la production d'hydrogène est majoritairement centré sur l'hydrogène bleu (production à partir d'énergies fossiles combinée à la capture du carbone). Ceci a donc une perspective similaire à la section précédente. Il existe des développements de matériaux pour l'hydrogène bleu, y compris des membranes à base de PBI, mais les plus importantes sont les approches hybrides ; c'est ce qu'Air Liquide voit le plus clairement dans son usine de Port-Jérôme.

Concernant le transport, le rôle proposé de la membrane est dans la séparation des gaz au point d'utilisation. Cela pourrait être la valorisation de l'hydrogène à l'extrémité d'un pipeline dédié, le démélange du gaz naturel pour permettre l'utilisation de ce réseau existant, ou la récupération de l'hydrogène à partir d'un vecteur (par exemple, après le craquage de l'ammoniac). Le défi dans tous ces cas d'utilisation est que s'il doit s'interfacer avec une pile à combustible PEM (la technologie dominante), il devra être d'une très grande pureté, ce que les membranes polymères en place ne peuvent pas atteindre. Cela signifie à nouveau que l'industrie doit se tourner vers des procédés hybrides, tels que le travail entre Evonik et Linde, ou des membranes alternatives à haute sélectivité. Les matériaux alternatifs les plus notables sont les membranes à base de palladium. Celles-ci sont connues de longue date et présentent de multiples défis mais continuent de progresser et d'atteindre des stades avancés d'essais commerciaux pour le transport et la production d'hydrogène.

IDTechEx fournit depuis longtemps des analyses de marché techniques impartiales sur les matériaux avancés et les applications de décarbonisation. "Membranes de séparation de gaz 2023-2033" apporte des éclaircissements sur ce marché en évolution avec des prévisions de marché clés, des feuilles de route technologiques et des profils d'acteurs.

Pour en savoir plus sur ce rapport IDTechEx, y compris des exemples de pages téléchargeables, veuillez visiter www.IDTechEx.com/GasSepMem.

Pour plus d'informations sur des sujets connexes, veuillez consulter les rapports de marché d'IDTechEx "Blue Hydrogen Production and Markets 2023-2033: Technologies, Forecasts, Players" et "Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) Markets 2023-2043".

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SOURCE IDTechEx