M2X Energy réduit les émissions en convertissant le méthane des déchets

• L'industrie pétrolière et gazière déploie des torchères pour empêcher le méthane d'atteindre l'atmosphère, mais cette méthode génère encore des émissions importantes et nocives.
• M2X travaille sur un moyen plus efficace et moins coûteux de convertir le méthane en méthanol, qui peut être utilisé pour produire des produits de base tels que le plastique à faible teneur en carbone, le bois d'ingénierie et les fibres synthétiques.
• M2X réalise des prototypes d'unités transportables de transformation du gaz en méthanol qui peuvent être montées sur une remorque de tracteur pour un déploiement rapide, dans le but d'éliminer les torchères et de progresser vers les objectifs de 2050 en matière d'émissions nettes nulles. 

Ce n'est un secret pour personne : la production de combustibles fossiles est à l'origine d'une part considérable des émissions nocives de gaz à effet de serre (GES). Rien qu'en 2021, l'exploitation du pétrole et du gaz a rejeté 240 millions de tonnes de CO2. La pratique courante du torchage du gaz consiste à brûler l'excédent de gaz naturel associé à l'extraction du pétrole, principalement parce qu'il n'existe pas d'infrastructure pour acheminer ce gaz vers le marché.  

L'industrie pétrolière et gazière est également responsable d'un quart des émissions de méthane, qui représentent 20 % du total des émissions mondiales (PDF, p. 1). Il existe 16 000 torchères dans le monde, où le méthane excédentaire est brûlé pour être transformé en CO2. Le méthane étant environ 30 fois plus nocif que le CO2, sa combustion avant qu'il n'atteigne l'atmosphère réduit l'effet de serre (GES).

Le problème est que "les torchères ne sont pas efficaces à 100 %", explique Diana Alcala, vice-présidente du développement commercial chez M2X Energy, une start-up qui s'efforce de convertir le méthane gaspillé en méthanol pour produire des matières premières telles que le plastique à faible teneur en carbone, le bois d'ingénierie et les fibres synthétiques. De nouvelles données montrent qu'environ 92 % seulement du méthane brûle dans les torchères, alors que l'on pensait auparavant que leur efficacité était de 98 %. "Cela peut sembler une petite différence, mais le résultat sur les émissions de gaz à effet de serre est plusieurs fois pire", explique Diana Alcala.

La société d'investissement Breakthrough Energy Ventures finance, lance et développe des entreprises qui réduisent ou éliminent les émissions de gaz à effet de serre. Elle a fondé M2X Energy en 2020 dans le but de rendre la conversion du méthane des déchets beaucoup moins coûteuse, rapidement extensible et plus flexible. 

La conversion des déchets sur roues : la remorque mobile de M2X Energy s'attaque aux torchères là où elles se trouvent

À cette fin, M2X Energy développe une technologie modulaire, montée sur remorque, qui convertit le méthane résiduel en méthanol liquide à carbone négatif, une matière première chimique courante et un ingrédient des plastiques. L'entreprise est soutenue par la Fondation Autodesk et conçoit ses unités expérimentales à l'aide d'Autodesk Inventor et de Vault pour qu'elles soient montées à l'arrière d'une remorque de tracteur standard. M2X a pour objectif d'éliminer complètement les torchères des opérations pétrolières et gazières.  

Les émissions de méthane devraient augmenter de 9 % entre 2020 et 2030, et celles de pétrole et de gaz de 11 % (PDF, p. 1). Traditionnellement, l'excès de méthane est converti en composés utiles par reformage du méthane à la vapeur. Dans ce système, de la vapeur d'eau surchauffée (de 1 300 à 1 800 degrés Fahrenheit) réagit avec le méthane dans un environnement à basse pression avec un catalyseur, formant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone. Il s'agit d'un processus complexe et coûteux, qui nécessite généralement un flux régulier de gaz et des compositions de gaz spécifiques, ainsi qu'une infrastructure de gazoducs pour acheminer le méthane jusqu'à l'emplacement de l'usine. Le plus petit type d'usine de ce type est cinq fois plus grand que l'unité M2X et n'est pas portable. 

"De petites unités modulaires permettent à M2X d'atteindre des torchères situées dans des endroits éloignés", poursuit Diana Alcala. "M2X offre aux exploitants une alternative logistique et économique au brûlage à la torche de leur méthane excédentaire. 

L'utilisation de technologies standard permet de réduire les coûts

Pour rendre sa technologie plus abordable et plus mobile que les méthodes précédentes, M2X adapte des moteurs à combustion interne de base. L'unité de conversion mobile de M2X alimente un moteur à combustion interne en gaz excédentaire provenant d'un puits de pétrole ou de gaz naturel par le biais d'un tuyau. Ce moteur est en grande partie un moteur diesel standard, converti pour fonctionner avec du gaz naturel. Le moteur agit comme un reformeur, fonctionnant avec un mélange très riche de carburant qui est privé d'air pour créer du gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Le gaz de synthèse est ensuite comprimé et envoyé vers un processus de synthèse du méthanol en aval. Il en résulte du méthanol liquide à 90-95 %. Le moteur peut fonctionner à différents régimes pour faire face à des flux de gaz variables. Sa source d'énergie est le méthane lui-même. 

Si M2X prévoit initialement de spécifier ses unités modulaires pour produire du méthanol, le modèle pourrait également être adapté à d'autres composés tels que l'ammoniac ou l'hydrogène. "Le produit final peut être flexible", ajoute Diana Alcala. L'utilisation de composants prêts à l'emploi signifie que M2X n'a pas à se préoccuper des coûts de démarrage élevés et des économies d'échelle. "Le moteur à combustion interne est l'un des éléments technologiques les plus fabriqués et il a déjà atteint le bas de sa courbe de coût", explique-t-elle.  

Josh Browne, directeur technique de M2X, a acquis une expertise dans le domaine des moteurs à haute performance lorsqu'il était ingénieur et chef d'équipe à la NASCAR : c'est d’ailleurs une équipe de la NASCAR en Caroline du Nord aux Etats-Unis qui dirige le développement des moteurs de l'entreprise. M2X collabore également avec le Florida Solar Energy Center (FSEC) de l'université de Floride centrale pour mener des recherches sur la technologie de reformage des carburants et la catalyse (tout ce qui se passe dans l'usine mobile de méthane après le reformeur du moteur). D'ici mai 2023, M2X prévoit de disposer d'un prototype déployable sur le terrain dans les champs pétroliers et gaziers de Dakota du Nord. 

Le méthanol peut être utilisé comme matière première chimique à de nombreuses fins. C'est un ingrédient clé des plastiques, des adhésifs, du bois d'ingénierie comme le contreplaqué, ainsi que des fibres synthétiques. C'est le principal composant du biodiesel et il contribue de plus en plus à la fabrication de carburant pour les navires. 

M2X prévoit de récupérer le méthane auprès des exploitants et de vendre le méthanol en retour, en proposant ses unités mobiles de méthane comme un service, de sorte que les exploitants de pétrole et de gaz n'aient pas à assumer le risque d'une nouvelle technologie. Mais les grands opérateurs pétroliers et gaziers pourraient vouloir acheter leurs propres flottes. "Il s'agit vraiment d'une option flexible pour les opérateurs", explique Diana Alcala.  

Vers un avenir décarboné

Les sous-produits des combustibles fossiles ne font partie de l'avenir sans carbone de personne, mais le délai nécessaire pour concrétiser la vision d'un avenir décarbonisé est suffisamment long pour qu'il vaille la peine d'investir dans la technologie de M2X, selon Diana Alcala. "Même en 2050, le scénario le plus agressif prévoit encore qu'environ 20 % de l'approvisionnement énergétique provienne de sources fossiles", explique-t-elle. "Tant que l'on produira du pétrole et du gaz, il est absolument impératif de décarboner ces opérations autant que possible. Il y a beaucoup de défis à relever pour décarboner l'aval, mais ce problème flagrant de l'évacuation ou du brûlage à la torche des excès de gaz est un problème qui peut être résolu dès aujourd'hui."