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Congrès International sur l’Analyse du Cycle de Vie Lille, Novembre 2011
Analyse du cycle de vie de xérogels de carbone
Raphaëlle Melon, Roberto Renzoni, Alexandre Léonard, Nathalie Job, Angélique Léonard
Laboratoire de Génie chimique, Université de Liège
17 allée de la chimie, 4000 Liège, Belgique
Raphaelle.melon@ulg.ac.be; r.renzoni@ulg.ac.be; a.lenard@ulg.ac.be
Mots clefs : LCA ; ReCiPe ; xérogels de carbone ; comparaison ; séchage.
Introduction
Dans le cadre du projet européen SOMABAT visant notamment à développer de nouveaux
matériaux pour la conception de batteries lithium-polymère, une analyse du cycle de vie appliquée à la
production de xérogels de carbone a été réalisée. Ces matériaux carbonés à la texture contrôlée sont
pressentis pour devenir la matière active de l’anode.
Méthodologie
Cette analyse se concentre sur le transport des matières premières et la synthèse des xérogels de
carbone. Leur utilisation en tant que matière active à l’anode des batteries lithium-polymère sera
envisagée ultérieurement. L’unité fonctionnelle choisie est la synthèse de 1 kg de matériau carboné et la
méthode utilisée est ReCiPe endpoint. La synthèse du matériau se réalise en quatre grandes étapes : (1)
un transport par camion des réactifs de synthèse et l’homogénéisation de ces derniers par agitation
mécanique, (2) la phase de réaction, gélification puis vieillissement du gel en étuve à 85 °C pendant deux
à trois jours, (3) le séchage et (4) la pyrolyse sous un flux d’azote avec le programme de chauffe suivant :
(i) 1,7 °C/min jusque 150 °C avec un palier de 15 minutes, (ii) 5 °C/min jusque 400°C maintenu pendant
une heure, (iii) 5 °C/min jusque 800 °C avec un palier de deux heures. Quant au séchage, trois techniques
ont été comparées :
Le séchage sous vide (‘vide’) : réalisé en deux étapes dans une étuve reliée à une pompe à vide.
L’échantillon est porté à 60 °C pendant 24h sous une pression décroissante passant de 105 Pa à
103 Pa. Ensuite, la température est augmentée jusque 150 °C et ce pendant 5h sous une pression
de 103 Pa.
Le séchage convectif (‘conv.’) : réalisé dans un courant d’air chaud à 115 °C avec une vitesse
superficielle de 2 m/s et sous humidité ambiante.
Le séchage par micro-ondes (‘MO’) : réalisé dans un four d’une puissance de 1000 kW pendant
30 minutes.
Inventaire et qualité des données
Toutes les données utilisées dans cette analyse ont été obtenues par l’expérimentation.
Cependant, par manque de données expérimentales, la consommation énergétique liée au séchage
convectif est une estimation de la littérature 1,2,3,4 . Nous nous sommes servis de la base de données
Ecoinvent pour l’encodage des données dans le logiciel SIMAPRO.
En ce qui concerne les consommations d’électricité, ces dernières ont été calculées sur base des
bilans énergétiques et du mix énergétique belge de 2008 publié par l’Agence International de l’Energie. Ce
mix montre que l’électricité belge est principalement produite à partir du nucléaire (57%), du gaz (31%) et
du charbon (9%).
Résultats et discussion
Les résultats (Tableau 4) montrent que le séchage sous vide est la technique la plus énergivore
avec 96,8 % des impacts environnementaux qui sont dus à cette étape. Le séchage par micro-ondes, bien
que moins énergivore par rapport à la technique sous vide, présente une contribution environnementale
élevée de 58,6 %. En ce qui concerne le séchage convectif sous courant d’air chaud, il ne représente que
6,4 % de l’impact total de la synthèse. En effet, les consommations sont nettement moins importantes. De
plus, ce sont des consommations d’énergie sous forme thermique et non d’électricité comme dans les
deux autres cas. La production de chaleur est supposée être réalisée à partir de gaz naturel. Pour cette
voie de séchage, c’est principalement la phase de production et de transport des matières premières qui
est responsable de l’impact environnemental.
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