Durabilité et charbons actifs – fabrication, utilisation et élimination

Essen, 13.12.2024 – Le charbon actif est un produit durable utilisé dans différentes industries. La durabilité comprend trois dimensions d’égale importance : l’efficacité économique, l’équité sociale et la viabilité environnementale. Ces dimensions sont indissociables et peuvent interagir de manière idéale dans la production de charbon actif.

Le charbon actif est un adsorbant carboné et hautement poreux aux applications multiples. Il est utilisé pour purifier les gaz et les liquides, notamment dans le traitement de l’eau potable et des eaux usées, la désulfuration du biogaz et du gaz naturel, l’élimination des métaux lourds dans les gaz de combustion et la rétention des composés organiques volatils (COV) dans l’air évacué par l’industrie. Différentes matières premières sont utilisées pour la production de charbon actif, notamment le charbon de terre et le lignite, la tourbe, le bois, les coquilles de noix (notamment les coquilles de noix de coco), les graines de palmier et les polymères.

CarboTech, l’un des principaux fabricants et distributeurs de charbons actifs, mise de plus en plus sur des processus et des produits durables. Grâce à des procédés innovants tels que le procédé de lit fluidisé, unique au monde, le charbon actif est réactivé efficacement, ce qui prolonge son cycle de vie et réduit son empreinte carbone (CO₂). Combiné à l’installation solaire de l’entreprise, à l’optimisation de la courbe de charge et au contrôle de la vitesse de rotation dans la production ainsi qu’à la flotte de véhicules électriques en pool, cela permet de réduire considérablement l’empreinte carbone.

Après utilisation, il existe différentes possibilités de réutilisation ou d’élimination du charbon actif usagé. Selon le type de pollution et les propriétés physiques de l’adsorbant, une valorisation thermique peut être nécessaire, mais la régénération et la réutilisation des matériaux sont également possibles. Nous allons illustrer le potentiel de durabilité du charbon actif à l’aide d’exemples de sa fabrication, de son utilisation et de son élimination.

Fabrication

Différents matériaux carbonés peuvent être utilisés pour l’activation du charbon actif. Par activation thermique ou chimique, le matériau est réduit à une structure de base carbonée. Il en résulte des plans de carbone graphitique tordus et imbriqués les uns dans les autres. Ces structures sont entrecoupées de défauts qui forment la structure poreuse des matériaux et conduisent à la grande surface interne typique des charbons actifs.

Le charbon comme matière première pour les charbons actifs n’est pas durable. L’extraction souterraine de charbon peut certes apporter la prospérité aux mineurs, mais elle est associée à des risques importants pour la santé et l’environnement. Parmi les risques environnementaux figurent la pollution des nappes phréatiques par l’eau de la mine, ainsi que la modification durable du paysage par les affaissements miniers. Les risques pour la santé des mineurs comprennent les maladies respiratoires dues à la poussière de roche, les explosions de méthane et de poussière, ainsi que les blessures dues à la chute de roches et à la manipulation de machines.

Les charbons actifs à base de bois représentent une alternative durable possible. La carbonisation et l’activation du bois permettent d’obtenir des produits techniquement équivalents à d’autres matières premières. Les charbons de bois disponibles sur le marché posent toutefois problème en raison de l’utilisation de produits chimiques très agressifs lors de la fabrication et de l’origine souvent peu claire du bois utilisé.

En raison de son taux de croissance rapide, le bambou est une alternative attrayante. Des projets de recherche récents étudient la possibilité de produire des charbons actifs de manière durable à partir de bois locaux, en se concentrant sur la création de valeur à partir de résidus végétaux tels que les déchets verts.

La solution la plus durable consiste à produire du charbon actif à partir de coquilles de noix (de coco) et d’amandes de palmier. Ces matières premières sont des déchets issus de la culture et de la transformation des noix de coco, des noix et des palmistes et sont donc facilement disponibles. La faible utilité de ces matériaux, même le chauffage n’est souvent pas intéressant, et l’utilisation des mêmes plantes pendant plusieurs années permettent d’obtenir un produit avantageux du point de vue environnemental. Des distances de transport courtes, les fours d’activation étant généralement situés à proximité ou sur les plantations elles-mêmes, et l’utilisation de biogaz issu de la fermentation des déchets pour l’activation thermique peuvent encore renforcer cet avantage. Dans l’ensemble, les charbons actifs issus de coques de noix de coco et d’amandes de palmier offrent une solution écologique et durable, qui est à la fois écologique et économique.

L’activation thermique des charbons actifs est un processus qui consomme beaucoup d’énergie et qui fonctionne encore souvent avec un chauffage conventionnel au gaz naturel. CarboTech est ici aussi précurseur d’une utilisation efficace de l’énergie, dans la mesure où la chaleur résiduelle est extraite des gaz d’échappement après l’activation par plusieurs échangeurs de chaleur et utilisée à d’autres fins. Il est ainsi possible de sécher des charbons actifs, de chauffer des bâtiments et de transférer l’énergie excédentaire dans le réseau de chauffage urbain de la ville d’Essen, sans augmenter la consommation d’énergie primaire.

Utilisation

Les charbons actifs sont utilisés pour séparer des substances de phases gazeuses ou liquides. Grâce à cette séparation des substances, le charbon actif contribue considérablement à la durabilité. Dans le domaine du biogaz, la désulfuration permet de produire facilement de l’électricité et de la chaleur, ce qui permet d’utiliser une plus grande part d’énergie renouvelable. Lors de la mise à niveau du biogaz, le biométhane est produit en qualité de gaz naturel et injecté dans le réseau de gaz. Les charbons actifs purifient les flux d’air vicié de sorte que les COV, les métaux lourds et autres polluants ne soient pas rejetés dans l’environnement. Dans le traitement de l’eau, les charbons actifs éliminent les polluants avant qu’ils n’atteignent les eaux de surface, les eaux souterraines ou l’eau potable. Les polluants organiques persistants en particulier, tels que les PFAS, les micropolluants et les résidus de médicaments, peuvent ainsi être efficacement capturés et retenus, ce qui les empêche de pénétrer dans l’environnement et d’entrer en contact avec les organismes vivants.

L’utilisation du charbon actif contribue également à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Par exemple, la désulfuration du biogaz peut réduire les émissions de sulfure d’hydrogène et de dioxyde de soufre jusqu’à 99%. Dans le traitement de l’eau, les charbons actifs peuvent éliminer jusqu’à 90% des micropolluants.

Avec la gamme de produits CarboTech ReNew, CarboTech a pris une position de leader mondial dans le domaine de la durabilité. Ce portefeuille de produits offre pour presque chaque cas d’application un produit durable qui présente des performances d’adsorption comparables à celles des charbons actifs conventionnels.

Élimination ou réactivation ?

La durabilité d’un produit est essentiellement déterminée par sa durée de vie par rapport aux ressources utilisées lors de sa fabrication. Dans certains cas, l’élimination du charbon actif utilisé est inévitable, notamment en cas de charge importante de métaux lourds, de soufre ou d’halogènes. Dans ce cas, il convient d’examiner soigneusement la manière dont les déchets doivent être traités.

Dans la plupart des cas d’application, il est toutefois possible de réactiver le charbon actif sans problème après son utilisation. Si ce sont principalement des hydrocarbures légèrement à moyennement volatils qui sont adsorbés à partir de la phase gazeuse, une régénération presque complète est possible. Les charbons actifs issus du traitement de l’eau peuvent également être réactivés tant qu’ils respectent les valeurs limites nationales, comme par exemple le décret allemand sur l’eau potable. Cela permet de doubler au moins la durée de vie du charbon actif, voire de la multiplier.

CarboTech, en tant que fournisseur leader de charbon actif, mise sur des procédés de réactivation innovants qui sont supérieurs aux méthodes traditionnelles. Le procédé unique de lit fluidisé de CarboTech permet une réactivation particulièrement efficace, dans laquelle les particules de charbon actif sont traitées de manière optimale. Il en résulte une capacité d’adsorption maximale, comparable à celle d’un matériau frais.

Pour la réactivation thermique, on utilise actuellement le plus souvent des sources de chaleur conventionnelles pour produire du gaz chaud. Un passage à l’hydrogène issu d’énergies renouvelables offre un potentiel supplémentaire pour rendre le processus plus durable. CarboTech est un précurseur dans ce domaine et travaille en permanence à optimiser ses processus et à les rendre plus durables.

En choisissant un procédé de réactivation approprié, comme le procédé à lit fluidisé, techniquement avantageux par rapport aux fours rotatifs conventionnels, il est possible d’obtenir, après la réactivation, des propriétés de produit similaires à celles de la matière fraîche. Les procédés de CarboTech sont non seulement plus efficaces, mais aussi plus écologiques, ce qui les distingue de leurs concurrents.

Conclusion

Les exemples présentés ci-dessus devraient permettre de mettre en lumière les possibilités offertes par le charbon actif dans le domaine de la durabilité. Le groupe CarboTech dispose d’une vaste expérience dans le domaine des charbons actifs, acquise au fil des décennies, et se tient volontiers à vos côtés pour toutes les questions de durabilité. Grâce à un large portefeuille de produits comprenant différentes matières premières durables, à un réseau de fournisseurs bien établi répondant à des exigences élevées en matière de normes sociales, de sécurité et d’environnement, ainsi qu’à nos propres installations de réactivation par lit fluidisé, nous sommes en mesure de fournir une qualité maximale de manière durable, ce que certifie également le label EcoVadis, renouvelé en permanence.