Si l'idée de voler sur des jets commerciaux à batterie vous rend nerveux, vous pouvez vous détendre un peu. Les chercheurs ont découvert un point de départ pratique pour convertir le dioxyde de carbone en carburants liquides durables, y compris les carburants pour les modes de transport plus lourds qui peuvent s'avérer très difficiles à électrifier, comme les avions, navires et trains de marchandises.

Réutilisation neutre en carbone du CO 2 est apparue comme une alternative à l'enfouissement des gaz à effet de serre sous terre. Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Énergie naturelle , des chercheurs de l'Université de Stanford et de l'Université technique du Danemark (DTU) montrent comment l'électricité et un catalyseur abondant sur Terre peuvent convertir le CO 2 en monoxyde de carbone (CO) riche en énergie mieux que les méthodes conventionnelles. Le catalyseur, l'oxyde de cérium, est beaucoup plus résistant à la dégradation. Extraire l'oxygène du CO 2 faire du gaz CO est la première étape pour transformer le CO 2 dans presque tous les combustibles liquides et autres produits, comme le gaz synthétique et les plastiques. L'ajout d'hydrogène au CO peut produire des carburants comme le diesel synthétique et l'équivalent du carburéacteur. L'équipe envisage d'utiliser l'énergie renouvelable pour produire le CO et pour les conversions ultérieures, qui se traduirait par des produits neutres en carbone.

"Nous avons montré que nous pouvons utiliser l'électricité pour réduire les émissions de CO 2 en CO avec une sélectivité de 100 pour cent et sans produire le sous-produit indésirable de carbone solide, " dit Guillaume Chueh, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à Stanford, l'un des trois auteurs principaux de l'article.

Chueh, au courant des recherches du DTU dans ce domaine, invité Christopher Graves, professeur associé au département Conversion &Stockage d'Energie du DTU, et Theis Skafte, doctorant DTU à l'époque, venir à Stanford et travailler ensemble sur la technologie.

"Nous avions travaillé sur le CO à haute température 2 électrolyse pendant des années, mais la collaboration avec Stanford a été la clé de cette percée, " dit Skafte, auteur principal de l'étude, qui est maintenant chercheur postdoctoral au DTU. "Nous avons réalisé quelque chose que nous ne pouvions pas avoir séparément, à la fois une compréhension fondamentale et une démonstration pratique d'un matériau plus robuste."

Obstacles à la conversion

Un avantage que les carburants liquides durables pourraient avoir par rapport à l'électrification des transports est qu'ils pourraient utiliser l'infrastructure existante d'essence et de diesel, comme les moteurs, canalisations et stations-service. En outre, les barrières à l'électrification des avions et des navires - les longs trajets et le poids élevé des batteries - ne seraient pas des problèmes pour les énergivores, carburants neutres en carbone.

Bien que les plantes réduisent le CO 2 aux sucres riches en carbone naturellement, une voie électrochimique artificielle vers le CO n'a pas encore été largement commercialisée. Parmi les problèmes :Les appareils consomment trop d'électricité, convertir un faible pourcentage de CO 2 molécules, ou produire du carbone pur qui détruit l'appareil. Les chercheurs de la nouvelle étude ont d'abord examiné comment différents appareils ont réussi et échoué dans le CO 2 électrolyse.

Avec les connaissances acquises, les chercheurs ont construit deux cellules pour le CO 2 essais de conversion :l'un avec de l'oxyde de cérium et l'autre avec des catalyseurs classiques à base de nickel. L'électrode en cérine est restée stable, tandis que les dépôts de carbone ont endommagé l'électrode de nickel, raccourcissant considérablement la durée de vie du catalyseur.

"Cette capacité remarquable de l'oxyde de cérium a des implications majeures pour la durée de vie pratique du CO 2 appareils électrolyseurs, " a déclaré Graves de DTU, auteur principal de l'étude et chercheur invité à Stanford à l'époque. « Remplacer l'électrode en nickel actuelle par notre nouvelle électrode en cérium dans l'électrolyseur de prochaine génération améliorerait la durée de vie de l'appareil. »

Route vers la commercialisation

L'élimination de la mort cellulaire précoce pourrait réduire considérablement le coût de la production commerciale de CO. La suppression de l'accumulation de carbone permet également au nouveau type d'appareil de convertir plus de CO 2 au CO, qui est limitée à une concentration bien inférieure à 50 pour cent de CO produit dans les cellules d'aujourd'hui. Cela pourrait également réduire les coûts de production.

"Le mécanisme de suppression du carbone sur l'oxyde de cérium est basé sur le piégeage du carbone sous une forme oxydée stable. Nous avons pu expliquer ce comportement avec des modèles informatiques de CO 2 réduction à température élevée, ce qui a ensuite été confirmé par spectroscopie photoélectronique aux rayons X de la cellule en fonctionnement, " dit Michal Bajdich, auteur principal de l'article et chercheur associé au SUNCAT Center for Interface Science &Catalysis, un partenariat entre le SLAC National Accelerator Laboratory et la Stanford's School of Engineering.

Le coût élevé du captage du CO 2 a été un obstacle à sa séquestration souterraine à grande échelle, et que le coût élevé pourrait être un obstacle à l'utilisation du CO 2 pour fabriquer des carburants et des produits chimiques plus durables. Cependant, la valeur marchande de ces produits combinée à des paiements pour éviter les émissions de carbone pourrait aider les technologies qui utilisent le CO 2 surmonter plus rapidement l'obstacle des coûts.

Les chercheurs espèrent que leurs premiers travaux sur la révélation des mécanismes du CO 2 les appareils d'électrolyse par spectroscopie et modélisation aideront les autres à régler les propriétés de surface de l'oxyde de cérium et d'autres oxydes pour améliorer encore le CO 2 électrolyse.