Vers une décarbonation des secteurs difficiles grâce à l’électrochimie ?

Les chercheurs du MIT explorent les technologies de capture du carbone pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les secteurs industriels les plus récalcitrants, tels que la sidérurgie, le ciment et la chimie.

Ces industries sont particulièrement difficiles à décarboner, car le carbone et les combustibles fossiles sont des ingrédients inhérents à leur production. Les technologies capables de capturer les émissions de carbone et de les convertir en formes réutilisables pourraient contribuer à réduire les émissions globales de ces secteurs dits « difficiles à réduire ».

Un système intégré et éco-énergétique pour capturer et convertir

Jusqu’à présent, les technologies expérimentales de capture et de conversion du dioxyde de carbone fonctionnaient en deux processus distincts, nécessitant une énorme quantité d’énergie.

L’équipe du MIT cherche à combiner ces deux processus en un seul système intégré et beaucoup plus écoénergétique, qui pourrait potentiellement fonctionner avec de l’énergie renouvelable pour capturer et convertir le dioxyde de carbone provenant de sources industrielles concentrées.

Dans une étude publiée dans ACS Catalysis, les chercheurs dévoilent le fonctionnement caché de la manière dont le dioxyde de carbone peut être à la fois capturé et converti grâce à un processus électrochimique unique. Ce processus implique l’utilisation d’une électrode pour attirer le dioxyde de carbone libéré par un sorbant et le convertir en une forme réduite et réutilisable.

Comprendre les mécanismes de la réaction électrochimique

D’autres chercheurs ont rapporté des démonstrations similaires, mais les mécanismes à l’origine de la réaction électrochimique restaient flous. L’équipe du MIT a mené des expériences approfondies pour déterminer ce mécanisme et a découvert que la clé résidait dans la pression partielle du dioxyde de carbone. Autrement dit, plus le dioxyde de carbone pur est en contact avec l’électrode, plus celle-ci peut capturer et convertir efficacement la molécule.

La connaissance de ce mécanisme principal peut aider les scientifiques à optimiser des systèmes électrochimiques similaires pour capturer et convertir efficacement le dioxyde de carbone dans un processus intégré.

Une solution adaptée aux émissions industrielles concentrées

Les résultats de l’étude suggèrent que ces systèmes électrochimiques seraient probablement inefficaces pour des environnements très dilués, mais conviendraient parfaitement aux émissions très concentrées générées par les processus industriels, en particulier ceux qui n’ont pas d’alternative renouvelable évidente.

« Nous pouvons et devons passer aux énergies renouvelables pour la production d’électricité. Mais décarboner profondément des industries comme la production de ciment ou d’acier est un défi et prendra plus de temps », déclare Betar Gallant, auteur de l’étude et professeur associé au MIT.

Et de conclure : « Il ne s’agit pas d’une technologie d’élimination, et il est important de le préciser« , souligne t-il. « La valeur qu’elle apporte est qu’elle nous permet de recycler le dioxyde de carbone un certain nombre de fois tout en maintenant les processus industriels existants, avec moins d’émissions associées. À terme, je rêve que les systèmes électrochimiques puissent être utilisés pour faciliter la minéralisation et le stockage permanent du CO2 – une véritable technologie d’élimination. C’est une vision à plus long terme. Et une grande partie de la science que nous commençons à comprendre est une première étape vers la conception de ces processus.

En synthèse

Les chercheurs du MIT travaillent sur un système intégré et éco-énergétique pour capturer et convertir le CO2 dans les industries difficiles à décarboner. En comprenant les mécanismes de la réaction électrochimique, ils espèrent optimiser ces systèmes pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et faciliter la transition vers des sources d’énergie renouvelables.

Pour une meilleure compréhension

Quels sont les secteurs industriels difficiles à décarboner ?

Les secteurs de la sidérurgie, du ciment et de la chimie sont particulièrement difficiles à décarboner en raison de la présence inhérente de carbone et de combustibles fossiles dans leurs processus de production.

Comment fonctionne le processus électrochimique de capture et de conversion CO2 ?

Le processus électrochimique implique l’utilisation d’une électrode pour attirer le dioxyde de carbone libéré par un sorbant et le convertir en une forme réduite et réutilisable.

Quel est le principal mécanisme de la réaction électrochimique ?

Le principal mécanisme de la réaction électrochimique est la pression partielle du dioxyde de carbone. Plus le dioxyde de carbone pur est en contact avec l’électrode, plus celle-ci peut capturer et convertir efficacement la molécule.

Pour quels types d’émissions ces systèmes électrochimiques sont-ils adaptés ?

Ces systèmes électrochimiques conviennent particulièrement aux émissions très concentrées générées par les processus industriels, en particulier ceux qui n’ont pas d’alternative renouvelable évidente.

Quel est l’objectif à long terme de ces recherches ?

À long terme, les chercheurs espèrent que les systèmes électrochimiques pourront être utilisés pour faciliter la minéralisation et le stockage permanent du CO2, contribuant ainsi à la décarbonation des industries difficiles à réduire.

Légende illustration principale : Les chercheurs ont découvert comment le dioxyde de carbone peut être à la fois capturé et converti grâce à un processus électrochimique unique dans lequel une électrode, comme celle représentée couverte de bulles, est utilisée pour attirer le dioxyde de carbone libéré par un sorbant et le convertir en produits neutres en carbone. Crédit : Image: John Freidah/MIT MechE

Référence : « Uncovering the active species in amine-mediated CO2 reduction to CO on Ag » – ACS Catalysis : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c02500

Article adapté de l’auteure : Jennifer Chu, MIT