Les chercheurs du MIT ont développé un nouveau système qui pourrait potentiellement être utilisé pour convertir les émissions de dioxyde de carbone des centrales électriques en carburants utiles pour les voitures, camions, et avions, ainsi qu'en matières premières chimiques pour une grande variété de produits.

Le nouveau système à membrane a été développé par le postdoctorant du MIT Xiao-Yu Wu et Ahmed Ghoniem, le professeur Ronald C. Crane de génie mécanique, et est décrit dans un article de la revue ChemSusChem . La membrane, constitué d'un composé de lanthane, calcium, et oxyde de fer, permet à l'oxygène d'un flux de dioxyde de carbone de migrer de l'autre côté, laissant le monoxyde de carbone derrière. D'autres composés, appelés conducteurs électroniques ioniques mixtes, sont également à l'étude dans leur laboratoire pour une utilisation dans de multiples applications, y compris la production d'oxygène et d'hydrogène.

Le monoxyde de carbone produit au cours de ce processus peut être utilisé comme carburant seul ou combiné avec de l'hydrogène et/ou de l'eau pour fabriquer de nombreux autres carburants liquides à base d'hydrocarbures ainsi que des produits chimiques, notamment le méthanol (utilisé comme carburant automobile), gaz de synthèse, etc. Le laboratoire de Ghoniem explore certaines de ces options. Ce processus pourrait faire partie de la suite de technologies connues sous le nom de capture du carbone, utilisation, et stockage, ou CCUS, qui, si elle était appliquée à la production d'électricité, pourrait réduire l'impact de l'utilisation des combustibles fossiles sur le réchauffement climatique.

La membrane, avec une structure connue sous le nom de pérovskite, est « 100 % sélectif pour l'oxygène, " ne laissant passer que ces atomes, Wu explique. La séparation est entraînée par des températures allant jusqu'à 990 degrés Celsius, et la clé pour faire fonctionner le processus est de garder l'oxygène qui se sépare du dioxyde de carbone circulant à travers la membrane jusqu'à ce qu'il atteigne l'autre côté. Cela pourrait être fait en créant un vide sur le côté de la membrane opposé au flux de dioxyde de carbone, mais cela demanderait beaucoup d'énergie à maintenir.

Au lieu d'un vide, les chercheurs utilisent un flux de carburant tel que l'hydrogène ou le méthane. Ces matériaux sont si facilement oxydés qu'ils attireront en fait les atomes d'oxygène à travers la membrane sans nécessiter de différence de pression. La membrane empêche également l'oxygène de revenir et de se recombiner avec le monoxyde de carbone, pour former à nouveau du dioxyde de carbone. Finalement, et selon l'application, une combinaison de vide et de carburant peut être utilisée pour réduire l'énergie requise pour conduire le processus et produire un produit utile.

L'apport d'énergie nécessaire pour maintenir le processus en cours, Wu dit, est la chaleur, qui pourrait être fournie par l'énergie solaire ou par la chaleur résiduelle, dont certains pourraient provenir de la centrale électrique elle-même et d'autres d'autres sources. Essentiellement, le procédé permet de stocker cette chaleur sous forme chimique, à utiliser chaque fois que vous en avez besoin. Le stockage d'énergie chimique a une densité d'énergie très élevée - la quantité d'énergie stockée pour un poids donné de matériau - par rapport à de nombreuses autres formes de stockage.

À ce point, Wu dit, lui et Ghoniem ont démontré que le processus fonctionne. Les recherches en cours examinent comment augmenter les débits d'oxygène à travers la membrane, peut-être en changeant le matériau utilisé pour construire la membrane, changer la géométrie des surfaces, ou en ajoutant des matériaux catalyseurs sur les surfaces. Les chercheurs travaillent également à l'intégration de la membrane dans les réacteurs en fonctionnement et au couplage du réacteur avec le système de production de combustible. Ils examinent comment cette méthode pourrait être étendue et comment elle se compare à d'autres approches pour capturer et convertir les émissions de dioxyde de carbone, en termes de coûts et d'effets sur l'exploitation globale de la centrale.

Dans une centrale électrique au gaz naturel sur laquelle le groupe de Ghoniem et d'autres ont déjà travaillé, Wu dit que le gaz naturel entrant pourrait être divisé en deux flux, celui qui serait brûlé pour produire de l'électricité tout en produisant un flux pur de dioxyde de carbone, tandis que l'autre flux irait au côté combustible du nouveau système à membrane, fournissant la source de combustible réagissant à l'oxygène. Ce flux produirait une deuxième sortie de l'usine, un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone appelé gaz de synthèse, qui est un combustible industriel et une matière première largement utilisés. Le gaz de synthèse peut également être ajouté au réseau de distribution de gaz naturel existant.

La méthode peut ainsi non seulement réduire les émissions de gaz à effet de serre; il pourrait également produire une autre source de revenus potentielle pour aider à couvrir ses coûts.

Le processus peut fonctionner avec n'importe quel niveau de concentration de dioxyde de carbone, Wu dit qu'ils l'ont testé de 2% à 99%, mais plus la concentration est élevée, plus le processus est efficace. Donc, il est bien adapté au flux de sortie concentré des centrales électriques conventionnelles à combustible fossile ou à celles conçues pour le captage du carbone telles que les centrales d'oxy-combustion.