APRED 2023 - Projet ECOPID : Etude de Compatibilité et de Performance des Inhibiteurs de Dépôts
Programme : Appel à projets de recherche - Énergie Durable : production, gestion et utilisation efficaces
Mots-clés : Energie
Contexte : Les fluides géothermaux exploités dans le Fossé rhénan ont la particularité d’avoir une température élevée (> 150°C), un pH acide (~5), du gaz dissous (majoritairement du CO2) et de contenir plus de 100 g/l d’éléments solides dissous avec principalement des ions chlorures (Sanjuan et al., 2018, Bosia et al, 2021). Le refroidissement du fluide géothermal dans les échangeurs de chaleur pour la production d’électricité ou de chaleur entraine une variation de l'équilibre thermodynamique et par conséquent la formation de dépôts (Mouchot et al., 2018). Dans le Fossé rhénan, les précipitations minérales les plus courantes sont les sulfates (barytine, célestite), les sulfures (galène, pyrite), les composés multi-métalliques (tels que Sb, As), les métaux élémentaires (Pb, As, Sb), les oxydes et les carbonates (Haas et al., 2018). Ces dépôts peuvent piéger, dans leurs réseaux cristallins, des radionucléides tels que le 226Ra et le 210Pb qui proviennent de la désintégration de l'uranium et du thorium naturellement présents dans le granite à grande profondeur. La réduction des phénomènes de corrosion, ainsi que la diminution, voire l’entrave totale, de la précipitation de dépôts à l’aide d’inhibiteurs de corrosion ou de dépôts sont des caractéristiques essentielles à considérer pour une exploitation durable de l’activité de la centrale. La  REF _Ref131410464 \h Figure 1 présente un schéma des processus et les zones sujettes aux problèmes de corrosion et de dépôts dans les centrales géothermiques du Fossé rhénan sont illustrées en Figure 1. Une mauvaise gestion de ces phénomènes peut contribuer à une perte d’efficacité des échanges thermiques, une perte de charge importante, mais aussi à une dégradation générale ou localisée des équipements (tubages principalement) entrainant un risque important pour la protection des opérateurs de l’exploitation. De plus, la formation de dépôts conduit à une accumulation de métaux lourds (Pb, Sb, As…) et d’éléments radioactifs (notamment de 210Pb et 226Ra). Or le traitement des déchets contenant de la radioactivité naturelle renforcée (RNR), ainsi que des métaux lourds tels que le plomb, est une problématique sur le territoire français. L’enjeux du projet ECOPID est donc de réduire et contrôler la formation des dépôts, ainsi que la corrosion, affectant les centrales géothermiques du Fossé rhénan. Le projet vise également à trouver des solutions pour réaliser des nettoyages chimiques en ligne qui permettrait de réduire la quantité de dépôts résiduels s’accumulant en surface et de trouver des solutions pour dissoudre les dépôts afin de les réinjecter dans le réservoir. Le projet permettra ainsi non seulement aux centrales géothermiques de gagner en efficacité, en durée de disponibilité, mais également de réduire les impacts sur la santé des travailleurs et environnementaux par la réduction de formation de dépôts contenant des radioéléments et des métaux lourds.
Description : Le projet est organisé en 3 lots distincts: N°1 : Management et dissémination (2 tâches) : Tâche 1.1 : Management du projet Experts, Ingénieurs, Techniciens et stagiaires (des deux partenaires) seront impliqués dans le projet. Dans le but suivre les avancées du projet, nous planifierons des réunions hebdomadaires, mensuelles et trimestrielles. Kurita and ES Géothermie auront le support entier de la direction de chaque compagnie pour mener ce projet à bien. La division Technique et Marketing de Kurita sera également impliqué en support. Tâche 1.2 : Dissémination Les résultats du projet feront l’objet d’une publication scientifique et/ou de présentation dans un congrès scientifique. Le prochain European Geothermal Congress organisé en 2025 à Zurich est par exemple un évènement visé par les partenaires du projet. Il est également prévu de faire bénéficier la filière française pendant les prochaines journées de la géothermie en France en 2025 organisées par l’AFPG, mais aussi de présenter ses résultats à Offenbourg dans le Fossé rhénan, pendant le forum Geotherm. Si les résultats sont tangibles, ils pourraient être présentés au Cluster français GEODEEP pour accélérer le développement de la solution à l’export. N°2 : Contrôle de la formation de dépôts (4 tâches) : Tâche 2.1 : Essais en laboratoire d’inhibiteurs de dépôts Les essais en laboratoire incluent l’analyse de la saumure géothermale pour comprendre la composition possible des dépôts que nous devons combattre avec les chimies qui seront développées. Des essais laboratoire (DSL Loop, Beaker test et Autoclave) nous permettront de déterminer la liste des chimies à fort potentiels pour la réalisation d’essai in situ. En parallèle les chimies sélectionnées seront étudiées vis-à-vis de leur profil environnemental. Tâche 2.2 : Tests de compatibilité ES-Géothermie, profitera du projet pour améliorer l’actuel protocole de test de compatibilité des inhibiteurs avec le fluide géothermal. Le protocole actuel sera, par exemple, complété avec des mesures de turbidité afin d’avoir des résultats quantitatifs en plus des observations réalisées. ES-Géothermie prélèvera du fluide géothermal et réalisera au laboratoire de la centrale de Soultz des essais de compatibilité avec les inhibiteurs testés préalablement en laboratoire par Kurita. Des essais d’efficacité (performance) d’inhibiteurs seront également réalisés par ES-Géothermie avec du fluide géothermal frais en complément des essais en laboratoire de Kurita. Tâche 2.3 : Design et construction d’un pilote Les taches incluent le design du pilote (matériaux, débits, monitoring, …), la construction et la réception. Le pilote sera construit pour suivre les conditions opératoires et les matériaux des centrales géothermiques afin d’être représentatif. Tâche 2.4 : Essai sur site du pilote L’essai du pilote nous permettra de tester dans les conditions opératoires des centrales géothermiques, les chimies sélectionnées en laboratoire. Il permettra également de suivre l’impact de notre technologie BOSS concept pour permettre aux centrales géothermiques de maintenir leurs performances énergétiques au cours du temps et limiter les arrêts de production au cours des arrêts annuels. L’analyse des dépôts formés au cours des essais (via un analyseur potable de fluorescence), nous permettra d’analyser des dépôts potentiellement radioactifs in situ et d’adapter nos stratégies. Le pilote qui sera désigné et construit nous permettra de simuler les conditions exactes de fonctionnement d’une centrale géothermique. N°1 : Dissolution de dépôts contenant des radioéléments (3 tâches) : Tâche 3.1 : Identification de candidat aux tests de dissolution Cette tâche vise à identifier dans un premier temps des produits candidats pour des essais de dissolution des dépôts. Cette tâche commencera par une étude bibliographique afin d’identifier des produits capables de dissoudre des sulfures de plomb et les autres éléments métalliques susceptibles de précipiter. Un inventaire de produits actuellement disponible sur le marché pour ce type d’application sera également réalisé par ES-Géothermie. Des essais seront ensuite conduits par Kurita en laboratoire pour dissoudre des dépôts semblables à ceux observés dans le Fossé rhénan. Toutefois, les solides utilisés pour cette phase d’identification ne contiendront pas de radioéléments afin de faciliter et de réduire les risques de ces tests en laboratoire. Tâche 3.2 : Tests de dissolution et évaluation des performances ES-Géothermie, avec le soutien de Kurita, mettra au point un protocole de test de dissolution qui permettra d’évaluer les performances de chacun des produits et de les comparer. Des essais de dissolution de dépôts issus de la centrale de Rittershoffen ou de Soultz seront réalisés au laboratoire de la centrale de Soultz en suivant ce protocole. Des mesures chimiques et radiologiques de liquides et solides permettront de compléter l’évaluation de l’efficacité des produits testés. Enfin, des essais seront également réalisés en laboratoire pour étudier l’impact de la réinjection des dépôts redissous dans le fluide géothermal. Tâche 3.3 : Evaluation économique Sur la base des résultats des tests de dissolution, ES-Géothermie, mènera une étude économique afin d’évaluer les budgets pour l’acquisition d’une unité industrielle permettant la dissolution des dépôts et leur réinjection dans le réservoir. Cette étude permettra d’évaluer le coût du traitement par tonne de dépôt et de le comparer par rapport à la filière conventionnelle.
Objectifs et résultats attendus : L’objectif scientifique du projet ECOPID est de développer des traitements respectueux de l’environnement : À forte efficacité contre les dépôts permettant d’augmenter la productivité des centrales géothermiques ; Et des solutions pour dissoudre les dépôts radioactifs présents sur site qui ne possède pas de filière de valorisation. L’objectif technique est de déterminer la meilleure méthode pour tester les traitements développés sur le terrain dans les conditions réelles du process. Pour atteindre ces objectifs, nous travaillerons suivant 2 axes : tests en laboratoire et tests sur le terrain. Les tests laboratoire incluent : Tests de compatibilité, Tests d’efficacité (DSL, Beaker test, Autoclave), Tests de dissolution des dépôts radioactifs. Les tests sur le terrain seront réalisés via la création d’un pilote dédié et représentatif des centrales géothermiques. Ce pilote nous permettra de tester les traitements sélectionnés en laboratoire en monitorant la performance énergétique (BOSS concept : Block Off Severe Scale).
Bénéficiaire : KURITA FRANCE S.A.S.
Localisation : Grand Est, Grand Est, FRANCE
Début : 01/10/2023 — Durée : 24 mois
Budget total : 584104 € — Aide ADEME : 289875 €
Statut : Suivi du projet