L'excédent de dioxyde de carbone industriel crée une opportunité de convertir les déchets en un produit de valeur. L'excès de CO2 peut être une matière première pour les produits chimiques généralement dérivés des combustibles fossiles, mais le procédé est énergivore et coûteux. Des ingénieurs chimistes de l'Université de l'Illinois ont évalué la faisabilité technique et économique d'une nouvelle technologie d'électrolyse qui utilise un sous-produit de biocarburant bon marché pour réduire de 53 % la consommation d'énergie du processus de valorisation des déchets.

Les nouvelles découvertes sont publiées dans la revue Énergie naturelle .

La conversion du CO2 en produits chimiques comme l'éthylène pour les plastiques est possible grâce à un processus appelé réduction électrochimique. Typiquement, un flux de gaz CO2 et un électrolyte fluide se déplacent à travers une cellule d'électrolyse qui décompose le CO2 en molécules comme l'éthylène sur la cathode, mais il produit aussi de l'oxygène à partir de l'eau sur l'anode, les chercheurs ont dit.

"Environ 90 pour cent de l'énergie nécessaire à la réduction conventionnelle du CO2 est utilisée par la production d'oxygène, côté anode d'une cellule d'électrolyse, " a déclaré Paul Kenis, professeur de génie chimique et biomoléculaire, directeur du département et co-auteur de l'étude. "Mais il n'y a pas de grand marché pour l'excès d'oxygène, donc 90 % de l'énergie est essentiellement gaspillée. »

Trouver un matériau d'alimentation qui réduit l'énergie nécessaire à la réaction de l'anode pourrait être une stratégie pour réduire radicalement les besoins énergétiques de la conversion du CO2, selon un récent rapport des National Academies dont Kenis était co-auteur.

La nouvelle étude propose le glycérol - un sous-produit organique de la production de biocarburant de canne à sucre qui nécessite moins d'énergie pour s'oxyder - comme alternative à l'étape de production d'oxygène à forte intensité énergétique.

Pour tester si la nouvelle technique d'électrolyse a le potentiel de pousser l'ensemble du processus de conversion du CO2 à un budget neutre en carbone ou négatif, les chercheurs ont examiné le coût et la consommation d'énergie du cycle de production du processus de valorisation des déchets. Le cycle en quatre étapes comprend la capture des gaz résiduaires de CO2 industriels, l'apport d'électricité, le nouveau

"Notre modèle utilise la configuration actuelle du réseau électrique comme source d'électricité pour rendre le scénario plus réaliste, ", a déclaré Kenis. "Être capable de conduire la conversion de CO2 avec une infrastructure déjà en place - et ne pas compter sur l'espoir que le futur réseau soit alimenté à 100% par des énergies renouvelables - tout en atteignant la neutralité carbone ou la négativité pourrait être un scénario du Saint Graal. "

L'analyse comprend des scénarios d'émissions de CO2 et de consommation d'énergie dans les meilleurs et les pires scénarios et conclut que les perspectives de réduction de CO2, en termes d'émissions de CO2 et d'économie, peut considérablement s'améliorer en allant au-delà des réactions anodiques conventionnelles.

"La réaction d'électrolyse à base de glycérol est très prometteuse. Cependant, nous continuerons à explorer d'autres déchets organiques, car même lorsque la production augmente à la suite de l'augmentation de la production de biocarburants, cela ne suffira toujours pas à répondre pleinement au besoin, " a déclaré Kenis. " La bonne nouvelle est que la chimie impliquée est flexible et qu'il y a beaucoup de déchets organiques qui peuvent faire le travail. "

De nombreux chercheurs se concentrent sur l'amélioration de la sélectivité et de l'activité des catalyseurs chimiques pour les réactions de réduction du CO2, et que le travail doit se poursuivre, dit Sumit Verma, un ancien étudiant diplômé en génie chimique et biomoléculaire et co-auteur de l'étude. "Regarder au-delà de l'évolution de l'oxygène à l'anode semble être une situation gagnant-gagnant, car nous réduisons non seulement la consommation d'énergie des processus, mais produisons également un deuxième flux de produits précieux, " il a dit.