Understanding supercritical CO technology

Supercritical CO2 technology has been used to extract natural substances since the second half of the 20th century.
Thanks to our machines and know-how, this technology is now open and accessible to a wide range of industries.

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Environmentally-friendly, safe and powerful technology for a wide range of industrial applications

The first steps towards the industrialization of supercritical CO2

The industrialization of supercritical CO2 began in the 1950s in the United States, with the decontamination and de-sensitization of astronauts' pilot suits and the cleaning of mechanical parts in the aeronautics industry.

In Europe, the first work began in the 1960s by the CEA, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, where supercritical CO2 was used to decontaminate nuclear products.Through the work of the CEA, several applications have led to the development of supercritical CO2.

In fact, supercritical CO2 is used to eliminate from cork the bacteria that produce chloroanisoles, responsible for the deterioration of wine.the advantages of supercritical CO2 don't stop there, as it is also used to extract essential oils in the food and cosmetics industries, and to extract caffeine.

Scientific principles

After heating and pressurizing the carbon dioxide (above 31°C and 73 bar), it reaches the critical point. Once beyond this point, CO2 is in an intermediate phase between the liquid and gaseous states, benefiting from the properties of both.
It is almost as dense as a liquid and adopts the transport, viscosity and diffusion properties characteristic of gases. It can therefore be used as an apolar solvent.

It is to this solvent that the parts to be treated are exposed for cleaning and decontamination in our machines.

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Image Tableau explication CO2 SC

The operating principles of our equipment

As a manufacturer of special machines, our job is to concentrate complex technology in a machine that is ultra-easy to use and accessible to all.

Image Fonctionnement procédé sous forme de schéma
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Autoclave loading and CO2 supply
The machine operates using liquid CO2 from an external source. Loading of parts into the autoclave is done on a rotating platform, either manually or by a robot.
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Gas heating and compression
The liquid carbon dioxide is pressurized and heated to above the critical point, then the autoclave is completely filled with supercritical CO2.
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Cleaning and extraction at the heart of the material
Supercritical CO2 behaves both as a liquid and as a gas, and will be able to solubilize fats present on the surface or in the core of porous materials. The addition of stirring by oscillation and/or rotation, and of ultrasound, enables better results to be obtained in extracting vegetable substances or in departiculating metal parts.
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Decompression and separation of CO2 extracts
Supercritical CO2 loaded with pollutants or extracts is decompressed, reverting to a gaseous state and losing its solvent power. Our equipment features gravity separation stages, adapted to the type of material extracted. The pollutants or compounds of interest can be recovered pure, while the CO2 is routed to an internal reserve.
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CO2 recycling
Carbon dioxide continuously circulates in our machines for the time required to achieve the desired result. Once the cleaning or extraction is completed, our machines can recycle and be capable of recycling 90 to 99% of the used CO2 for the subsequent cycles.
Image machine Alpha Qarboon + explication

Patented technology

Originally developed by the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) for nuclear decontamination, this cutting-edge technology is the subject of 8 patents, with 1 being exclusively licensed by Dense Fluid Degreasing.

The innovations incorporated into our initial cleaning or extraction machines have led to an additional 4 patents.

A green solvent, a non-polluting alternative to chlorinated, petroleum-based, or detergent processes.

icon planète ecologique

100% safe

Supercritical CO2 is non-toxic, eliminating the risks associated with chlorinated or petroleum solvents. Its intrinsic safety makes it ideal for demanding industries such as the medical, precision engineering, and textile and recycling industries.

Supercritical CO2 is non-flammable, reducing the risks of fire and security costs in industries where flammable materials are common.

Supercritical CO2 is chemically inert and non-corrosive, preserving the integrity of products and extending the lifespan of equipment used.

icon healtcare

100% healthy

This green solvent, odorless and colorless, is an eco-friendly solution with no emissions of volatile organic compounds (VOCs). It requires neither authorization nor declaration for Classified Installations for Environmental Protection (ICPE) and is not classified as ATEX, eliminating the risks associated with explosive atmospheres. Furthermore, it is free from co-distillation risk and complies with REACH regulations as well as recommendations from CARSAT and DREAL, ensuring its safety for health and the environment.

Icon economie eau

100% dry

The process doesn't use water and therefore requires no drying. It combines the low viscosity and high diffusivity of a gas with the high density of a liquid. Throughout the entire cleaning cycle, supercritical CO2 is purified by gravity separation, and all pollutants are extracted in their pure form to be processed in specialized recycling channels.

The process is suitable for treating all metals and most polymers. It is particularly well-suited for handling complex part geometries, including parts with blind holes, internal passages, assembled components, very small internal diameters, textiles, and more.

Your questions ?

Our answers

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D’où vient le CO2 utilisé dans nos machines ?
Nos machines ne produisent pas de CO2, elles utilisent du CO2 provenant d’un stockage externe uniquement. Le dioxyde de carbone utilisé est en réalité un rejet forcé produit lors de nombreuse étape industrielle notamment dans l’industrie chimique, mais aussi lors des processus de méthanisation. Ce CO2 est ensuite capté, purifié puis revalorisé par des industriels gaziers comme Air Liquide, Messer, Linde Gas, etc.

Air Liquide est le partenaire gazier historique de Dense Fluid Degreasing, cependant les industriels gaziers sous l’impulsion de normes utilisent des raccords standardisés pour leurs bouteilles, sphères ou tank externe. Nos équipements CO2 peuvent donc s’adapter à tous les industriels gaziers.
Il existe 3 grades de CO2 pouvant être utilisés dans nos machines.
  • Le grade alimentaire, il s’agit du grade de co2 le plus répandu et le plus couramment utilisé.C’est le même grade de co2 utilisé dans l’industrie agroalimentaire pour gazéifier les boissons gazeuses comme les sodas, certaines bières, les eaux gazeuses, etc. Ce gaz est pur à 99,9%. Les 0,1% correspondent à diverses impuretés dont de l’O2 ou encore du soufre.
    Chez Air Liquide par exemple, ce co2 grade alimentaire est vendu sous le nom ALIGAL.‍
  • Le grade médical, il s’agit d’un grade de CO2 utilisé notamment dans les applications médicales, de recherche ou d’analyse. Il est pur à 99,998%. Les 0,002% restant correspondent à diverses impuretés dont de l’O2 ou encore du soufre.
    Chez Air Liquide, ce co2 grade médical est commercialisé sous le nom ALPHAGAZ.‍
  • Le grade pharmaceutique, particulièrement utilisé dans le secteur pharmaceutique et recommandé pour des industries spécifiques comme l’aéronautique ou le spatial. Pur à 99,5%, comme pour les précédents, les 0,5% restant correspondent à des impuretés. ** En revanche, celles-ci sont différentes des deux premiers d’où l’utilisation privilégiée de ce grade par des industries spécifiques.
    Chez Air Liquide, ce CO2 de grade pharmaceutique est appelé PHARGALIS.
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Quels sont les types de stockages de CO2 ?
Le CO2 lorsqu’il est stocké, est conditionné dans son état liquide. Il est couramment maintenu à 20 °c et 60 Bar de pression pour rester dans cet état. Celui-ci peut-être stocké sous 3 packagings différents :
  • En bouteilles, allant de XL à XL, elles présentent l’avantage d’être facile à stocker et à déplacer. Elles sont obligatoirement disposées dans un cadre métallique pour permettre de les conserver à la verticale. Un stockage en bouteille conviendra parfaitement pour une utilisation modérée des machines Dense Fluid Degreasing, par exemple quelques jours par semaine ou pour de petit volume d’autoclave. Les bouteilles sont également privilégiées dans le cadre d’application nécessitant un grade de CO2 pharmaceutique ou médical notamment dû au prix qu’impliquent ces grades spécifiques.
    Ce mode de conditionnement est autorisé en intérieur.
  • En sphère de 300kg de CO2, comme les bouteilles, elles sont aisées à déplacer et aussi positionnées dans un cadre métallique permettant de les maintenir à la verticale.L’utilisation de sphère est recommandée à partir d’une consommation annuelle jusqu’à 7 tonnes par an.
    Ce mode de conditionnement est autorisé en intérieur.
  • En tank ou réserve externe. Les plus petits tanks sont d’une capacité minimale de 3,5 tonnes.
    Réapprovisionné automatiquement par l’industriel gazier qui, à distance, peut contrôler le niveau de CO2 restant et, corrélé à la consommation habituelle, pourra prévoir une livraison sans demande préalable.
    Le recours à un tank nécessite l’installation d’un circuit de transport du CO2 du tank vers la machine Dense Fluid Degreasing. Cette opération est réalisée en accord avec l’industriel par le partenaire gazier choisit.
    Ce mode de conditionnement est essentiellement à installer à l'exterieur
Concernant le coût du CO2 : celui-ci varie selon deux factures : la proximité entre l’usine de traitement du CO2 et le point de livraison. À noter que les coûts de transport représentent une part importante du prix du CO2.
‍L’autre facteur est le mode de conditionnement du CO2. Entre les stockages en bouteilles et en sphères et le stockage en tank ou réserve externe, il n’est pas rare de constater un écart de prix d’un facteur 10 entre les deux premiers et le dernier. Cette variation de prix s’explique par les étapes supplémentaires requises pour le conditionnement du CO2 en stockage individualisé et par la manutention requise lors des livraisons.
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Comment fonctionne la technologie du CO2 supercritique ?
Pour obtenir du CO2 supercritique, il est nécessaire de chauffer et de mettre sous pression du dioxyde de carbone (CO2). Cette phase supercritique s’obtient à partir de 31 °c et 74 Bar.
Cependant, pour répondre au besoin des différentes applications de l’utilisation du CO2 supercritique, les machines Dense Fluid Degreasing fonctionnent habituellement entre 35 et 50 °c pour une équivalence de pression de 150 à 300 Bar.

Les deux paramètres de pression et de température vont avoir un impact sur la densité du CO2 et sur sa capacité à solubiliser des graisses ou d’autres types de molécules. Le premier palier du “meilleur pouvoir solvant” du CO2 supercritique s’obtient à 35 °c pour 150 Bar de pression. À ce stade, la densité du CO2 est la plus élevée ~0,86  et donc proche de celle de l’eau. Le deuxième palier est obtenu à 50 °c pour 300 Bar de pression. De nouveau, nous retrouvons la densité élevée du CO2 supercritique et un meilleur pouvoir solvant. À noter que contrairement aux autres procédés de nettoyage ou d’extraction, les températures de traitement par CO2 supercritique sont relativement basses. Il est également important de maintenir un équilibre entre la pression et la température pour conserver le pouvoir solvant du CO2 supercritique.
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Le CO2 supercritique présente-t-il des risques ?
Le principal risque due à l’utilisation du CO2 est le risque d’anoxie, c'est-à-dire le remplacement de l'oxygène de l'air par un autre gaz, comme le co2.Naturellement, les machines Dense Fluid Degreasing sont équipées pour prévenir ce risque :
  • nos équipements sont équipés de carters de protection. Ces carters permettant à la fois de protéger les équipements de la machine mais aussi de faciliter l’extraction du CO2 en cas de fuite.
  • les normes de sécurité encadrant l’utilisation du CO2 imposent la mise en place de capteur de CO2. Un capteur est rattaché au bloc autoclave et l’autre est positionné dans la pièce où est implantée la machine.
Cas spécifique : l’implantation d’une machine de nettoyage par CO2 supercritique en salle propre : Dans le cas de l’utilisation d’une machine Dense Fluid Degreasing en salle propre, la ventilation doit être suffisamment puissante pour permettre l’évacuation du CO2 en sus des flux qu’elle doit gérer.
Le CO2 n’étant pas un gaz inflammable et n’étant pas explosif, les machines utilisant du CO2 supercritique ne sont donc pas des équipements classés ATEX.
Néanmoins, nos équipements, composés d’éléments sous pression sont soumis à des normes spécifiques comme la DESP (Directive des Équipements Sous Pression). Cette norme astreint notamment à des contrôles périodiques des éléments en question. Ceux-ci peuvent être intégrés dans le cadre des actions de maintenance préventives des équipes de Dense Fluid Degreasing.
Pour en savoir plus, consultez la page Réglementation.
Equipementier spécialiste du CO2 supercritique

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