Alors que nous nous efforçons de trouver des moyens plus durables d'alimenter nos modes de vie, il y a une quête pour combler le fossé entre les combustibles fossiles émetteurs de dioxyde de carbone dont nous dépendons pour nos besoins les plus élémentaires, et le nettoyeur, mais pas encore de technologies alternatives économiquement réalisables.

À cette fin, un groupe de l'UC Santa Barbara a exploré des méthodes par lesquelles le méthane (CH4) actuellement bon marché et abondant peut être réduit en hydrogène à combustion propre (H2) tout en empêchant la formation de dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre. Son rapport, "Métals fondus catalytiques pour la conversion directe du méthane en hydrogène et en carbone séparable, " apparaît dans le journal Science .

"Aux Etats-Unis., le méthane sera le cœur de notre économie pendant quatre ou cinq décennies, et trouver des moyens de l'utiliser de manière plus durable est ce qui nous motive, ", a déclaré Eric McFarland, professeur de génie chimique à l'UCSB. "Cet article était un angle intéressant sur quelque chose que nous examinons depuis longtemps."

Un produit de processus naturels et artificiels, le méthane, le principal composant du gaz naturel, est une source importante de combustible pour la cuisson, pour chauffer et alimenter nos maisons et est utilisé dans la fabrication et le transport. En tant que déchet qui est un gaz à effet de serre plus puissant que le dioxyde de carbone, elle est la cible de nombreux efforts pour capter et réduire ces émissions.

Le reformage du méthane à la vapeur (SMR) est commercialisé depuis des décennies et est le procédé le plus courant pour produire de l'hydrogène commercial. Cependant, soulignent les chercheurs, Le SMR consomme des quantités importantes d'énergie et produit nécessairement du dioxyde de carbone, qui est généralement rejeté dans l'atmosphère. Lorsque le processus a été introduit, Le CO2 n'était pas considéré comme un problème. Mais à mesure que nous devenions plus conscients des gaz à effet de serre, c'est devenu une préoccupation mondiale. Le coût de fonctionnement du procédé SMR, et les coûts supplémentaires potentiels des taxes carbone et de la séquestration du carbone, met la production d'hydrogène par SMR en danger d'augmentation significative des coûts, en particulier dans les opérations à plus petite échelle qui pourraient fournir l'hydrogène nécessaire aux véhicules à pile à combustible.

L'équipe de l'UCSB comprend une collaboration de longue date sur les approches catalytiques de la conversion du gaz naturel entre le chimiste théoricien et professeur Horia Metiu et McFarland. Avec le professeur de génie chimique Michael Gordon, ils ont commencé à étudier l'utilisation des métaux fondus et des sels fondus comme systèmes catalytiques intéressants et inexplorés. Les travaux théoriques de Metiu suggèrent que différentes combinaisons de métaux dans des alliages fondus pourraient fournir une activité catalytique accrue pour convertir le méthane en hydrogène et en carbone solide. Les chercheurs ont développé une méthode en une seule étape par laquelle le méthane peut être converti en hydrogène, qui est non seulement plus simple et potentiellement moins chère que les méthodes SMR conventionnelles, et donne une forme solide de carbone qui peut être facilement transportée et stockée indéfiniment.

"Vous introduisez une bulle de gaz méthane dans le fond d'un réacteur rempli de ce métal en fusion catalytiquement actif, " expliqua McFarland. " Alors que la bulle monte, les molécules de méthane frappent la paroi de la bulle et elles réagissent pour former du carbone et de l'hydrogène."

Finalement, il a continué, au moment où la bulle de méthane atteint la surface, il s'est décomposé en hydrogène gazeux, qui est libéré en haut du réacteur; les solides de carbone qui flottent au sommet du métal liquide peuvent ensuite être écumés. Par rapport aux méthodes conventionnelles qui reposent sur des réactions qui se produisent sur des surfaces solides, les surfaces des alliages métalliques en fusion ne sont pas désactivées par l'accumulation de carbone et peuvent être réutilisées indéfiniment. La combinaison d'un métal liquide actif et de sa solubilité dans l'hydrogène permet à la masse fondue d'absorber relativement plus d'hydrogène et de carbone que ce qui peut être présent dans les bulles de gaz. Cela permet au procédé d'être efficace avec du méthane à très haute pression pour produire de l'hydrogène à haute pression.

"Vous vous autorisez vraiment à éloigner tous les produits des réactifs et cela provoque un déplacement de l'équilibre vers les produits. Le processus peut en principe fonctionner à haute pression et obtenir une conversion de méthane très élevée, " a déclaré McFarland.

L'écosystème de déploiement de ce type de technologie existe déjà, compte tenu des infrastructures existantes de traitement des hydrocarbures tels que le charbon et le gaz naturel, l'abondance actuelle de méthane, et les efforts législatifs et industriels pour renforcer la capture des émissions fugitives, selon McFarland. La recherche a attiré l'attention et le soutien de Royal Dutch Shell, il ajouta. L'électricité produite à partir de l'hydrogène dérivé de ce procédé sans dioxyde de carbone serait moins chère que les tarifs actuels de l'énergie solaire, lequel, tout en étant finalement plus durable, n'est pas compétitif par rapport aux combustibles fossiles aujourd'hui.

« Si le monde entier est riche, alors l'éolien et le solaire seraient suffisamment peu coûteux pour être largement déployés, mais ce n'est pas assez bon marché pour le monde que nous avons aujourd'hui, " a déclaré McFarland. Du point de vue des émissions, il a continué, il est particulièrement important de déployer à faible coût, technologies à faibles émissions dans des endroits comme la Chine, actuellement le plus gros émetteur de gaz à effet de serre au monde. Inde et Afrique, qui ont des consommations d'hydrocarbures énormes et croissantes, bénéficieraient également de cette technologie ; ils ne sont pas encore assez riches pour s'offrir le luxe des panneaux solaires.