La transition énergétique dans la région rhénane ne se limite pas à l’énergie électrique. Le charbon, utilisé non seulement comme carburant mais également par l’industrie chimique pour produire des produits chimiques essentiels, devra être remplacé par des sources renouvelables après la phase de sortie du charbon.
Par exemple, le monoxyde de carbone (CO), essentiel à la production de certains plastiques et de l’acide acétique, fait l’objet de recherches par des scientifiques du Forschungszentrum Jülich qui mettent au point une technologie respectueuse du climat alimentée par l’énergie renouvelable.
En utilisant l’électrolyse du CO2, ces chercheurs convertissent le gaz à effet de serre directement en monoxyde de carbone. Ils ont récemment franchi une étape importante en développant une pile à combustible à grande échelle. Leur recherche s’inscrit dans le cadre du projet de changement structurel iNEW, visant à stimuler la croissance et la préservation des emplois dans la région rhénane grâce à l’introduction de procédés basés sur les énergies renouvelables.
« Le CO est généralement produit sur place par l’industrie à grande échelle. Il est difficile à transporter car c’est un gaz toxique et hautement inflammable« , explique Maximilian Quentmeier, étudiant en doctorat à l’Institut de recherche sur l’énergie et le climat de Jülich (IEK-9). Après la phase de sortie du charbon, d’autres processus seront nécessaires.
Le CO restera indispensable en tant que produit chimique de base, notamment pour la production de polycarbonates et de polyuréthanes, utilisés pour fabriquer des lentilles de lunettes et des panneaux isolants.
En collaboration avec son superviseur Bernhard Schmid, Quentmeier travaille sur un processus connu sous le nom d’électrolyse CO2-to-CO. Ce procédé utilise une électrode de diffusion de gaz qui, en fin de compte, produit du monoxyde de carbone « vert.
Quand elle est alimentée par de l’énergie renouvelable, l’installation d’électrolyse du CO2 fonctionne de manière climatiquement neutre. Si le dioxyde de carbone provient de l’atmosphère, par exemple par captage direct de l’air, ou de l’épuration du biogaz, la technologie est potentiellement climato-négative », explique Bernhard Schmid.
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La technologie pourrait en effet aider à réduire activement la concentration de CO2 dans l’atmosphère. « En principe, les futurs plastiques renouvelables deviennent un puits de carbone semblable au bois« , ajoute Schmid.
Quentmeier et Schmid ont déjà franchi un cap important vers la commercialisation. Ils sont parvenus à transformer une cellule unique en un empilement d’électrolyseurs grâce à plusieurs améliorations et remplacements de composants. Leurs résultats ont été récemment publiés dans la revue renommée ACS Sustainable Chemical Engineering.
Dans leur configuration expérimentale actuelle, leur pile atteint une efficacité de 30 %. « Pour ce type de processus, qui fonctionne déjà à moins de 100°C, c’est un résultat assez prometteur« , explique le directeur de l’institut, le Professeur Rüdiger-A. Eichel. « Comparé à la co-électrolyse à haute température, par exemple, la conception de l’installation est relativement simple et produit du CO pur au lieu de gaz de synthèse, ce qui simplifie encore le traitement pour de nombreuses applications.«
Les prochaines étapes seront le développement et l’amélioration de l’efficacité pour amener la pile à combustible à son stade final de préparation pour la production de masse.
Publication : Vers une conception de cellule d’électrolyse CO2-to-CO empilable─Impact de l’optimisation du flux de média / Maximilian Quentmeier, Bernhard Schmid, Hermann Tempel, Hans Kungl, Rüdiger-A. Eichel / ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023), DOI : 10.1021/acssuschemeng.2c05539
Légende illustration / Après l’élimination progressive du charbon, les produits chimiques de base tels que le monoxyde de carbone devront être produits par d’autres voies, telles que l’électrolyse du CO2 et les énergies renouvelables. — Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau
