Stockage sûr du GNL

Dans l'expectative de l'hydrogène, le gaz devra faire fonction de solution provisoire pour aider à réduire notre empreinte carbone. Comment le stocker en tout sécurité?

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ENGINEERINGNET.BE - Quoique le gaz naturel soit d'origine fossile, il se présente tout de même comme une alternative plus durable, car moins de CO2 est libéré lors de sa combustion. Pour faciliter son transport, le gaz naturel est transformé en GNL (Gaz Naturel Liquéfié). Mais outre sa provenance fossile, le GNL peut aussi avoir une origine synthétique ou biogénique. La capacité totale des terminaux d'exportation et d'importation de GNL devrait doubler au cours des dix prochaines années. Mais quelles sont exactement les exigences sécuritaires pour le stocker?

L'année dernière, Fluxys a mis en service son cinquième et plus grand réservoir de stockage à Zeebruges. D'une capacité de 180.000 m³, il doit faire de Zeebruges la plaque tournante du gaz naturel liquéfié en provenance de Russie. Pour imager la taille d'un tel réservoir : il peut héberger un Airbus A380. Le contrat devrait se décliner par 8 millions de tonnes de transbordement annuel. Cela en dit long sur la consommation croissante de GNL dans le monde. D'ici 2025, le GNL serait également de plus en plus utilisé comme carburant pour les navires. Pourquoi ? Parce qu'il est possible de se tourner vers une technologie qui a déjà fait ses preuves et qui ne nécessite pas de lourds investissements. Et parce que dans le même temps, le GNL peut répondre aux (futures) exigences plus strictes en matière d'émission de NOx, de SOx et bien sûr de CO2. Il peut également servir à approvisionner des entreprises qui ne peuvent se raccorder qu'à un réseau de gaz naturel.

À volume réduit et plus aisé à transporter sous forme liquide
Le gaz naturel se compose principalement de méthane. Pour en faire du GNL, il doit être refroidi à des températures cryogéniques (environ -162 °C). Cela se déroule généralement en différentes phases. Sur site à proximité des champs d'extraction, puis transporté par bateau vers des terminaux GNL dans le monde entier pour un stockage et une distribution ultérieurs. Pour info, le GNL du terminal Fluxys provient de Yamal en Sibérie.

La production de GNL se déroulent en différentes phaes. Sur site à proximité des champs d'extraction, puis transporté par bateau vers des terminaux GNL dans le monde entier pour un stockage et une distribution ultérieurs. (Photo iStock)

En le liquéfiant, le volume de GNL à température et pression atmosphériques normales sera 600 fois plus petit que celui du gaz naturel. Cela rend le transport bien plus flexible et moins cher que l'alternative : chasser à travers des pipelines sans fin du gaz naturel ou du GNC (gaz naturel comprimé) provenant de champs d'extraction éloignés. Il y a donc de fortes chances que davantage de terminaux et de réservoirs de stockage de GNL colorent le skyline industriel dans les années à venir. À partir des terminaux, le gaz peut alors être envoyé vers un réseau de pipelines ou être distribué plus loin par voie de terre et par canaux à l'aide de réservoirs de stockage plus petits.

Comment le GNL est-il stocké ?
Afin de maintenir le GNL à l'état liquide, la température de -162 °C, le point d'ébullition atmosphérique du gaz naturel, doit être maintenue. En pressurisant les réservoirs de stockage, une température plus élevée est possible. Plus la pression est élevée, plus la température est élevée. L'AR du 11 juillet 2016 stipule le seuil à partir duquel une cuve de stockage est considérée sous pression. Dès que la pression maximale dépasse le seuil de 0,5 barg, il est question d'un réservoir sous pression. En fonction de la pression de stockage et du volume souhaité, différentes options de réservoirs restent ouvertes : cylindrique (ou conique), sphérique ou à fond plat. En général, on peut dire qu'au plus la pression requise est élevée, au plus le volume requis est réduit. Les réservoirs de stockage cylindriques ou coniques sont les mieux adaptés à la haute pression. Les réservoirs de stockage à fond plat sont d'un tout autre type.

Points d'attention dans la construction de réservoirs de stockage de GNL
Dans la plupart des cas, les réservoirs de stockage de GNL sont à double paroi. En effet, les températures doivent rester fermement en dessous du point de congélation. Un matériau isolant à l'extérieur (mousse) est une solution. Ce qui est mieux, c'est de créer le vide dans l'espace entre le réservoir intérieur et extérieur. L'espace intercalaire peut être également encore rempli de matériau isolant. De tels réservoirs de stockage sont également appelés réservoirs à membrane. Une membrane, par exemple en invar, doit alors maintenir la cohésion du matériau isolant tel que la perlite ou l'isolant multicouche.

Ce matériau a non seulement un effet isolant, mais empêchera également l'infiltration soudaine de chaleur dans le réservoir en cas de perte de vide. Ces dernières années, l'application de la technologie des membranes a permis d'accroître considérablement le volume des réservoirs de stockage de GNL. Le matériau de choix pour la construction de la partie intérieure du réservoir est l'acier inox. D'une part, il résiste aux très basses températures (minimum à -160 °C) et d'autre part, il est suffisamment tenace et extensible. Ces propriétés empêchent le réservoir de se rompre sous impact. Au lieu de cela, une déformation se produira (allongement à la rupture). Un choix d'acier au carbone ou d'inox est privilégié pour le réservoir extérieur.

Gestion de l'évaporation ou ‘boil-off’
Comparé aux carburants conventionnels, le GNL est à très basse température. À savoir, la conception à double paroi et le matériau isolant ne pourront pas empêcher à 100% la chaleur de l'environnement de s'infiltrer dans le réservoir.

Même une quantité minime de chaleur aura pour effet d'évaporer le liquide. Ce qu'on appelle le gaz de boil-off. Les réservoirs de stockage de GNL doivent donc être équipés d'un système de gestion des gaz d'évaporation. (Photo iStock)

Même une quantité minime aura pour effet d'évaporer le liquide. Ce qu'on appelle le gaz de boil-off. Les réservoirs de stockage de GNL doivent donc être équipés d'un système de gestion des gaz d'évaporation. Ce gaz de boil-off prend plus de volume que le liquide et doit donc être extrait du réservoir pour le maintenir sous la pression correcte. Un réservoir de stockage sous une pression excessive peut provoquer des fuites. Lorsque le gaz de boil-off se forme, ce sont les composants les plus volatils qui s'évaporent en premier (azote et méthane). Cela a un impact sur la composition et la qualité du GNL. Le réglage des soupapes de surpression a d'une part une influence sur le niveau de remplissage maximal du réservoir et d'autre part sur la gestion du boil-off. Plus la pression d'ouverture des soupapes de sécurité est basse, plus la gestion des gaz d'évaporation est difficile et plus le niveau de remplissage est élevé. Le gaz de boil-off peut être soit reliquéfié par refroidissement, utilisé comme combustible (par exemple pendant le transport sur des navires) ou brûlé dans une unité spéciale de torchage.



Par Valérie Couplez
FOCUS est un article antérieurement
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