Les projections de la consommation mondiale d'énergie prévoient que le charbon restera l'une des principales sources d'énergie du monde dans les décennies à venir, et une part croissante sera utilisée en CTL, la conversion du charbon en combustibles liquides. Des chercheurs de l'Institut national de l'énergie propre et à faible émission de carbone de Pékin et de l'Université de technologie d'Eindhoven ont mis au point des catalyseurs à base de fer qui réduisent considérablement les coûts d'exploitation et ouvrent la porte à la capture de grandes quantités de CO 2 qui sont générés par CTL. Leurs résultats sont publiés dans la revue Avancées scientifiques .

Pour comprendre la signification de cette réalisation, une certaine connaissance du processus CTL est requise. La première étape est la conversion du charbon en gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H 2 ). En utilisant le procédé dit Fischer-Tropsch, ces composants sont convertis en carburants liquides. Mais avant que cela puisse être fait, la composition du gaz de synthèse doit être modifiée pour garantir que le processus aboutit à des combustibles liquides. Ainsi, une partie du CO est retirée du gaz de synthèse en le convertissant en CO 2 dans un processus appelé changement eau-gaz.

Les chercheurs se sont attaqués à un problème clé dans les réacteurs Fischer-Tropsch. Comme dans la plupart des traitements chimiques, des catalyseurs sont nécessaires pour permettre les réactions. Les catalyseurs CTL sont principalement à base de fer. Malheureusement, ils convertissent environ 30 pour cent du CO en CO indésirable 2 , un sous-produit qui à ce stade est difficile à capturer et donc souvent libéré en gros volumes, consommant beaucoup d'énergie sans avantage.

Les chercheurs de Pékin et d'Eindhoven ont découvert que le CO 2 la libération se produit parce que les catalyseurs à base de fer ne sont pas purs, mais se composent de plusieurs éléments. Ils ont pu produire une forme pure d'un carbure de fer spécifique, appelé carbure de fer epsilon, qui a un très faible CO 2 sélectivité. En d'autres termes, il ne génère presque pas de CO 2 du tout. L'existence était déjà connue, mais jusqu'à maintenant, il n'avait pas été assez stable pour le dur processus Fischer-Tropsch. L'équipe de recherche sino-néerlandaise a maintenant montré que cette instabilité est causée par des impuretés dans le catalyseur. Le carbure de fer epsilon à phase pure qu'ils ont développé est, par contre, stable et reste fonctionnel, même dans des conditions de traitement industrielles typiques de 23 bar et 250 degrés C.

Le nouveau catalyseur élimine presque tout le CO 2 dans le réacteur Fischer-Tropsch. Cela peut réduire l'énergie nécessaire et les coûts d'exploitation d'environ 25 millions d'euros par an pour une centrale CTL type. Le CO 2 qui a été précédemment libéré dans cette étape peut maintenant être retiré dans l'étape précédente de conversion eau-gaz. Ce sont de bonnes nouvelles, car il est beaucoup plus facile à capturer à ce stade. La technologie pour y parvenir s'appelle CCUS (capture du carbone, utilisation et stockage). Il a été développé par d'autres parties et est déjà appliqué dans plusieurs usines pilotes.

La conversion du charbon en combustibles liquides est particulièrement pertinente dans les pays riches en charbon qui doivent importer du pétrole pour leur approvisionnement en combustibles liquides, comme la Chine et les États-Unis. « Nous sommes conscients que notre nouvelle technologie facilite l'utilisation de combustibles fossiles dérivés du charbon. Cependant, il est très probable que les pays riches en charbon continueront d'exploiter leurs réserves de charbon dans les décennies à venir. Nous voulons les aider à le faire de la manière la plus durable, ", explique Emiel Hensen, chercheur principal, professeur à l'Université de technologie d'Eindhoven.

Les résultats de la recherche sont susceptibles de réduire les efforts de développement de catalyseurs CTL à base de cobalt. Les catalyseurs à base de cobalt n'ont pas le CO 2 problème, mais ils sont chers et deviennent rapidement une ressource rare en raison de l'utilisation du cobalt dans les batteries, qui représentent la moitié de la consommation totale de cobalt.

Hensen s'attend à ce que les catalyseurs nouvellement développés jouent également un rôle d'importation dans l'industrie future de l'énergie et des produits chimiques de base. La matière première ne sera pas du charbon ou du gaz, mais les déchets et la biomasse. Le gaz de synthèse restera l'élément central, car c'est aussi le produit intermédiaire dans la conversion de ces nouvelles matières premières.