Products, Environment, and Processes - ULiège

Dans le groupe PEPs, nous sommes actifs dans les domaines de l'ingénierie des réactions (bio-)chimiques, des opérations unitaires thermiques et mécaniques, de la simulation de processus, des systèmes énergétiques à faible carbone et du développement durable. Cela inclut les principes fondamentaux correspondants, en particulier les transferts de masse et d'énergie, ainsi que la dynamique des fluides multiphases.

Une force de notre approche est de lier les différentes échelles dans le temps et l'espace :

• Partant du niveau microscopique et même moléculaire,

• Avec un fort accent sur le niveau des équipements, tant dans les expériences que dans la modélisation,

• Allant jusqu'à la simulation de processus entiers,

• Et évaluant la voie de déploiement à grande échelle préférée.

Cela nous permet de décrire et d'optimiser de manière fiable les performances des équipements sur la base de modèles physiquement solides, y compris l'extrapolation au-delà de la zone des expériences. Ces outils permettent une optimisation basée sur la connaissance de la conception des équipements et des paramètres d'exploitation, servant de base pour un passage à l'échelle sûr, durable et rentable des processus. En effet, la simulation de processus entiers associée à l’évaluation du cycle de vie (LCA) comme support à l’éco-conception guide l’optimisation au niveau du processus, où les paramètres économiques ainsi qu’environnementaux sont inclus dans l’évaluation.

L'infrastructure expérimentale est disponible pour le développement et la validation des modèles, couvrant une large gamme d'applications, par exemple pour étudier l'hydrodynamique dans divers équipements, y compris la trajectographie, suivre la microstructure des matériaux et des systèmes pendant leur traitement, notamment dans une approche d'ingénierie orientée produit avec (micro-)tomographie, des dispositifs de mesure à l'échelle du laboratoire pour caractériser le comportement des gouttes et des dispersions, ainsi que des équipements à l'échelle pilote pour diverses opérations unitaires telles que le séchage et la distillation. De plus, un équipement d'analyse chimique adéquat est utilisé pour déterminer les compositions des phases gazeuse et liquide, y compris diverses chromatographies et dispositifs à rayons X.

La perspective future de notre recherche – outre le développement de nos méthodes fondamentales – est de préparer des outils de conception en génie chimique pour l'avenir. Ainsi, nos sujets de recherche actuels visent à permettre une conception sûre des processus chimiques et biobasés durables, où les transformations matérielles et énergétiques spécifiques aux processus impliquent des changements de propriétés dans les systèmes tels que, par exemple, l'augmentation de la viscosité, posant des défis pour l'ingénieur chimiste. De même, le recyclage de matériaux usés comme la récupération du phosphore des boues d'épuration ou la séparation des éléments des terres rares dans le mining urbain crée de nouvelles tâches d'ingénierie. En particulier, les voies principales et alternatives doivent être évaluées et comparées pour la durabilité, ce qui peut être fait avec les méthodes que nous concevons.

La majorité de nos méthodes et applications est développée en coopération ou du moins en contact étroit avec l'industrie, incluant essentiellement toutes les grandes entreprises chimiques et une variété de PME locales et européennes.

Principaux sujets

• Évaluation du cycle de vie : Détermination de l'impact environnemental associé aux produits ou processus, soutien à l'éco-conception, mise en œuvre des déclarations environnementales de produits

• Gestion des boues : Optimisation du traitement des boues d'eaux usées, du conditionnement et déshydratation au séchage

• Séchage des matériaux : Étude de la cinétique de séchage et des changements texturaux des matériaux en utilisant plusieurs technologies de séchage et des outils de caractérisation avancés tels que la microtomographie à rayons X pour suivre le rétrécissement et les fissures

• Extraction de solvants et réactifs : Développer et valider un outil de conception pour les colonnes d'extraction basé sur la simulation des gouttes des colonnes, où les paramètres des modèles de gouttes sont déterminés à partir des expériences en laboratoire

• Coalescence, séparation des phases liquide-liquide, et décanteurs : Conception de décanteurs basée sur la modélisation d'une goutte unique, où les paramètres de coalescence sont déterminés à partir d'une expérience de décantation à l'échelle laboratoire

• Évaluation exergetique et modélisation thermodynamique avancée : Comparaison exergo-économique des routes de processus entiers et des étapes de processus individuelles, notamment pour les substances biobasées, des modèles thermodynamiques avancés sont dérivés

• Conception des réacteurs : Caractérisation expérimentale et modélisation des flux et des transferts de masse dans les réacteurs à cuve agitée et à lit fixe (bio)réacteurs. Modélisation de leurs performances globales. Modèles d'échelle et de réduction d’échelle.

• Techniques expérimentales avancées : Développement et adaptation des techniques de visualisation non invasives pour caractériser l'hydrodynamique et les transferts de masse dans les (bio)réacteurs.

• Ingénierie orientée produit : Fabrication de matériaux polymères poreux avec des propriétés d'utilisation contrôlées grâce à la maîtrise de leur microstructure via une sélection optimale des conditions de fabrication.

• Captage du CO2 : Étude expérimentale de la stabilité des solvants et optimisation du processus de captage du CO2 post-combustion pour la réduction des émissions dans les grandes industries et centrales électriques. Émissions négatives de CO2 avec captage atmosphérique et bio-CCS.

• Power-to-fuel : Intégration du captage du CO2 avec l'électrolyse de l'eau et la synthèse de carburants liquides dont la haute densité énergétique permet le stockage à long terme de l'énergie provenant des renouvelables variables.

• Simulation de processus, optimisation et évaluation économique : Modélisation statique et dynamique de grands processus complexes pour évaluer et améliorer leur efficacité énergétique, leur durabilité environnementale et leur viabilité financière.