Développement et mise à l’essai d’un système de pyrolyse trigénération

Promoteur principal

Ekona Power Inc.

Contexte du projet

Ekona développe et soumet à l’essai une nouvelle solution de pyrolyse du méthane pour une production d’hydrogène propre, rapide à déployer et économique. La solution de pyrolyse du méthane à impulsions d’Ekona convertit le méthane de la matière première en hydrogène propre et peu coûteux et en carbone solide. Au cours de ce projet, Ekona a mis à l’échelle et validé la conception de son réacteur de pyrolyse du méthane à impulsions, ce qui a donné naissance au réacteur xCaliber™ d’une capacité de 200 kg-H2/jour, qu’Ekona a intégré et mis en service avec le reste de l’équipement clé de l’usine dans l’installation d’essai de la société pour l’évaluation avant le déploiement pilote ultérieur. En outre, Ekona a conçu et soumis à l’essai un petit prototype de pile à combustible directe au carbone (PCDC) (49 cm²) au niveau de la cellule unitaire pour convertir les sous-produits du carbone en énergie électrique.

Les principaux enseignements portent sur la sélection des matériaux d’électrode, l’architecture de la cellule et les mécanismes de débit du combustible carboné. Ekona a réalisé le projet de 12,8 millions de dollars d’avril 2020 à mars 2023, recevant un soutien financier de 2,75 millions de dollars de la part de Solutions énergétiques novatrices Canada.

Résultats

• Conception, construction et essai d’un réacteur de pyrolyse du méthane de validation de principe afin de valider la modélisation et d’orienter la mise à l’échelle du réacteur.
• Conception, fabrication et assemblage du réacteur prototype xCaliber™ d’Ekona, d’une capacité de 200 kg-H2/jour, en un banc d’essai. Achèvement des essais de combustion pour valider le fonctionnement et les contrôles du réacteur avant l’intégration du système.
• Achèvement de la conception du processus d’un système d’essai expérimental intégré d’une capacité de 200kg-H2/jour. Les éléments clés du système d’essai comprennent le réacteur xCaliber™ breveté, l’alimentation en gaz de la matière première, la séparation du carbone, la purification de l’hydrogène, les commandes et l’acquisition de données pour l’évaluation des conditions du processus. Assemblage et mise en service du système expérimental en vue d’essais de rendement ultérieurs.
• Élaboration d’exigences en matière de manipulation du carbone pour l’élimination en toute sécurité du carbone produit afin de soutenir les démonstrations ultérieures sur le terrain.
• Mise à jour du modèle technico-économique et de l’analyse des gaz à effet de serre (GES) pour le déploiement au Canada. Ekona estime qu’à la pleine échelle commerciale, la solution de pyrolyse du méthane à impulsions peut produire de l’hydrogène propre à un coût d’environ 1,4 USD/kg-H2. En outre, l’analyse du cycle de vie (ACV) d’Ekona estime que les émissions totales de GES de la solution de pyrolyse du méthane à impulsions (2030) sont de 2,9 kg-CO2e/kg-H2.
• Conception, construction et essai d’une pile type bouton à bornes de recharge à courant continu (BRCC) (9 cm²), atteignant 1 V de tension en circuit ouvert et 31 mW/cm². Il a également conçu et soumis à l’essai une cellule unitaire BRCC plus grande (49 cm²) afin d’orienter la conception ultérieure de la pile.

Avantages pour le Canada

Ce projet a permis de mettre au point un nouveau réacteur de pyrolyse du méthane capable de produire de l’hydrogène propre et bon marché pour l’industrie canadienne. La solution de pyrolyse du méthane à impulsions d’Ekona peut produire de l’hydrogène à grande échelle à des coûts à peu près équivalents à ceux de l’hydrogène gris conventionnel tout en réduisant considérablement les émissions de gaz à effet de serre. La solution de pyrolyse du méthane à impulsions d’Ekona constitue également une alternative au captage et au stockage du carbone (CSC) qui peut être appliquée dans les cas où le stockage ou l’utilisation du CO2 n’est pas une option. Le carbone produit au cours de ce processus est un produit précieux avec des applications potentielles dans les piles à combustible, la restauration des sols et l’asphalte. Cette solution canadienne placera le Canada à l’avant-garde stratégique de l’innovation en matière de technologies propres en augmentant les investissements de capitaux, en accroissant les exportations, en créant des emplois et en contribuant de manière significative aux objectifs de réduction des émissions de GES du Canada. Parmi les résultats plus spécifiques du projet, citons le développement de la propriété intellectuelle (7 nouveaux brevets accordés), la croissance de l’emploi (Ekona compte 42 équivalents temps plein (ETP) à l’achèvement du projet), les collaborations universitaires (avec six universités canadiennes) et l’augmentation des investissements de capitaux (Ekona a achevé son cycle de financement de série A en 2022).

Prochaines étapes

La sélection pour participer au programme Solutions énergétiques novatrices Canada de RNCan en 2020 a été une étape importante pour Ekona. Le financement de RNCan et d’autres organismes a aidé Ekona à développer son réacteur xCaliber™, à construire un système expérimental intégré dans son installation de Burnaby et à valider la conception par des essais de combustion et de pyrolyse. Le système expérimental d’une capacité de 200 kg-H2/jour développé dans le cadre de ce projet représente un actif d’essai important pour Ekona. Les essais en cours de ce système se concentreront sur l’amélioration des rendements en hydrogène et en carbone en optimisant les conditions de combustion et de pyrolyse. Les améliorations apportées au réacteur seront également soumises à l’essai dans l’installation d’essai d’Ekona à Burnaby en utilisant cet actif. Les résultats de l’essai expérimental permettront d’orienter davantage l’échelle et la conception de la solution de pyrolyse du méthane à impulsions d’Ekona pour les opérations pilotes ultérieures. Ekona a achevé l’Étude initiale d’ingénierie et de conception (EIIC) pour une installation pilote d’une tonne par jour et finalise actuellement la conception détaillée de l’usine qu’Ekona prévoit d’installer et de mettre en service en 2024.

Plus récemment, Ekona a reçu 1 million de dollars dans le cadre de l’appel d’offres de RNCan sur les combustibles propres et le remplacement des combustibles industriels afin d’améliorer son système expérimental de pyrolyse du méthane à impulsions existant d’une capacité de 200 kg H2/jour pour optimiser les processus, intégrer plusieurs réacteurs et obtenir des rendements plus élevés grâce à des températures de pyrolyse plus élevées. Ces améliorations visent à permettre une future mise à l’échelle de la technologie et des essais opérationnels étendus tout en maximisant les rendements en hydrogène et en carbone.

Technologie en action

Dans leurs mots

« Le Canada doit investir dans des technologies et des projets d’énergie propre à forte intensité de capital pour atteindre ses objectifs de réduction des émissions de GES à l’horizon 2050. La plateforme d’Ekona utilise l’infrastructure énergétique existante et tire parti des technologies commerciales existantes pour créer une voie de décarbonisation viable et économique pour le secteur de l’énergie et les industries lourdes. Le soutien financier du programme Solutions énergétiques novatrices Canada de RNCan a été un pilier essentiel pour permettre à Ekona de faire progresser sa technologie de pyrolyse du méthane basée sur la combustion, de lever des fonds et de poursuivre le développement de notre solution pour répondre à la demande mondiale croissante d’hydrogène propre capable de réduire les émissions de GES à l’échelle et dans les délais nécessaires pour lutter contre le changement climatique. »

Chris Reid, président-directeur général