Une équipe de recherche de l'U of T Engineering a développé une nouvelle voie électrochimique pour transformer le CO 2 en produits de valeur tels que le carburéacteur ou les plastiques. La technologie pourrait améliorer considérablement la rentabilité de la capture et du recyclage du carbone directement de l'air.

"Aujourd'hui, il est techniquement possible de capter le CO 2 de l'air et, en plusieurs étapes, le convertir en produits commerciaux, " explique le professeur Ted Sargent qui a dirigé l'équipe de recherche. " Le défi est qu'il faut beaucoup d'énergie pour le faire, ce qui augmente le coût et diminue l'incitation. Notre stratégie augmente l'efficacité énergétique globale en évitant certaines des pertes les plus énergivores."

La capture directe du carbone dans l'air est une technologie émergente dans laquelle les entreprises visent à produire des carburants ou des plastiques à partir du carbone déjà présent dans l'atmosphère, plutôt qu'à partir de combustibles fossiles. Entreprise canadienne Carbon Engineering, qui a construit une usine pilote à Squamish, AVANT JC., capture le CO 2 en forçant l'air à travers une solution liquide alcaline. Le CO 2 se dissout dans le liquide, formant une substance appelée carbonate.

Afin d'être entièrement recyclé, le carbonate dissous est normalement reconverti en CO 2 gaz, puis en blocs de construction chimiques qui constituent la base des carburants et des plastiques. Une façon de le faire est d'ajouter des produits chimiques qui convertissent le carbonate en un sel solide. Cette poudre de sel est ensuite chauffée à des températures supérieures à 900 C pour produire du CO 2 gaz qui peut subir d'autres transformations. L'énergie nécessaire à ce chauffage augmente le coût des produits résultants.

La méthode alternative de l'équipe d'ingénierie de l'U of T applique un électrolyseur, un appareil qui utilise l'électricité pour provoquer une réaction chimique. Ayant déjà utilisé des électrolyseurs pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau, ils ont réalisé qu'ils pouvaient également être utilisés pour reconvertir directement le carbonate dissous en CO 2 , sauter complètement l'étape de chauffage intermédiaire.

"Nous avons utilisé une membrane bipolaire, une nouvelle conception d'électrolyseur qui est excellente pour générer des protons, " dit Geonhui Lee, qui, avec le boursier postdoctoral Y. Chris Li, est parmi les principaux auteurs d'un nouvel article dans Lettres énergétiques ACS qui décrit la technique. "Ces protons étaient exactement ce dont nous avions besoin pour reconvertir le carbonate en CO 2 gaz."

Leur électrolyseur contient également un catalyseur à base d'argent qui convertit immédiatement le CO 2 produit en un mélange gazeux appelé gaz de synthèse. Le gaz de synthèse est une matière première chimique courante pour le procédé Fischer-Tropsch bien établi, et peut être facilement transformé en une grande variété de produits, y compris le carburéacteur et les précurseurs de plastique.

« C'est le premier processus connu qui peut aller du carbonate au gaz de synthèse en une seule étape, " dit Sargent.

Alors que de nombreux types d'électrolyseurs ont été utilisés pour convertir le CO 2 en blocs de construction chimiques, aucun d'entre eux ne peut traiter efficacement le carbonate. Par ailleurs, le fait que le CO 2 dissous dans un liquide se transforme si facilement en carbonate est un problème majeur pour les technologies existantes.

« Une fois le CO 2 se transforme en carbonate, il devient inaccessible aux électrolyseurs traditionnels, " dit Li. "C'est en partie la raison pour laquelle ils ont de faibles rendements et une faible efficacité. Notre système est unique en ce sens qu'il permet une utilisation à 100 % du carbone :aucun carbone n'est gaspillé. Il génère également du gaz de synthèse en tant que produit unique à la sortie, minimisant le coût de la purification du produit."

Dans le laboratoire, l'équipe a démontré la capacité de convertir le carbonate en gaz de synthèse avec une efficacité énergétique globale de 35 %, et l'électrolyseur est resté stable pendant plus de six jours de fonctionnement.

Sargent dit que plus de travail sera nécessaire pour étendre le processus aux niveaux nécessaires pour une application industrielle, mais que l'étude de validation de principe démontre une voie alternative viable pour la capture et l'utilisation du carbone dans l'air direct.

"Cela contribue grandement à répondre à la question de savoir s'il sera un jour possible d'utiliser du CO capturé dans l'air 2 d'une manière commercialement convaincante, " dit-il. " C'est une étape clé vers la fermeture de la boucle du carbone. "