Les chercheurs ont résolu un obstacle majeur dans la fabrication plus verte, la capture du carbone, le stockage de l'énergie et la purification des gaz en utilisant des oxydes métalliques.

Les oxydes métalliques sont des composés qui jouent un rôle crucial dans les processus de réduction du dioxyde de carbone (CO₂ ) émissions. Ces processus comprennent la capture, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS), la purification et le recyclage des gaz inertes dans la fabrication de panneaux solaires, le stockage d'énergie thermochimique et la production d'hydrogène pour l'énergie.

Ces processus sont basés sur des réactions où les oxydes métalliques gagnent et perdent des électrons, appelées réactions redox. Cependant, les performances des oxydes métalliques souffrent des réactions redox aux températures élevées requises pour la fabrication chimique.

Maintenant, une équipe dirigée par l'Imperial College de Londres a développé une nouvelle stratégie de conception de matériaux qui produit des oxydes métalliques à base de cuivre qui fonctionnent mieux à des températures élevées. La technologie a déjà un impact mondial sur le recyclage de l'argon dans la fabrication de panneaux solaires et devrait contribuer à libérer encore plus d'énergie des technologies énergétiques existantes qui luttent contre la crise climatique.

L'auteur principal, le Dr Qilei Song, du Département de génie chimique de l'Impériale, déclare que « alors que le monde passe à zéro net, nous avons besoin de processus industriels plus innovants pour la décarbonisation. Pour améliorer la sécurité énergétique, nous devons diversifier l'approvisionnement en électricité, à partir de la production d'énergie renouvelable et le stockage pour une utilisation propre des combustibles fossiles avec les technologies CCUS. Nos oxydes métalliques améliorés ont un grand potentiel d'utilisation dans les processus énergétiques qui nous aident à atteindre le zéro net.

L'article est publié dans Nature Communications .

Désélectionner un processus

Les oxydes métalliques sont des acteurs clés dans un procédé relativement nouveau appelé combustion en boucle chimique (CLC).

Le CLC est une autre façon de brûler des combustibles fossiles qui utilise des oxydes métalliques, tels que des oxydes de cuivre, pour transporter l'oxygène de l'air afin qu'il réagisse avec le combustible. La réaction produit du CO₂ et de la vapeur, qui est condensée pour permettre une capture efficace du CO₂ pour l'empêcher de pénétrer dans l'atmosphère

En captant le CO₂ produit, le CLC peut aider les gens à utiliser les combustibles fossiles de manière plus propre et est déjà utilisé dans l'UE, aux États-Unis et en Chine.

Cependant, un problème clé qui a empêché l'utilisation du CLC à plus grande échelle est l'incapacité des oxydes métalliques à maintenir de bonnes performances de libération d'oxygène sur plusieurs cycles redox à des températures élevées.

Pour résoudre le problème, les chercheurs ont examiné les structures fondamentales des oxydes métalliques utilisés dans la CLC, estimant que la chimie des précurseurs des oxydes métalliques était mal comprise, ce qui limitait leur conception rationnelle.

Co-auteur principal Michael High, Ph.D. candidat au département de génie chimique de l'Impériale, déclare que "pour résoudre la question de savoir comment les oxydes métalliques maintiennent leurs performances, nous nous sommes penchés sur les bases des processus chimiques impliqués dans le CLC. C'est un exemple clé de la combinaison de la recherche fondamentale et de la conception intelligente pour produire une stratégie applicable à un large éventail de processus d'ingénierie."

Ils ont utilisé une méthode alternative pour concevoir la structure de l'oxyde métallique à partir d'un précurseur bien connu composé d'hydroxydes doubles en couches de cuivre-magnésium-aluminium (LDH). En adaptant la chimie des précurseurs de la LDH, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient produire des oxydes métalliques qui pouvaient encore bien fonctionner à des températures remarquablement élevées. Ils l'ont démontré en soumettant les oxydes à 100 cycles chimiques dans un type de réacteur largement utilisé, connu sous le nom de réacteur à lit fluidisé, pendant 65 heures.

Leur plus grande capacité à résister à la chaleur signifie que les oxydes métalliques produits de cette manière peuvent être utilisés pour libérer plus d'énergie en purifiant et en recyclant des gaz inertes comme l'argon dans la fabrication de panneaux solaires, en capturant et en stockant du carbone, en stockant de l'énergie chimique et en produisant de l'hydrogène propre. Pour le montrer, les chercheurs ont augmenté la production d'oxydes métalliques destinés à être utilisés dans des réacteurs à lit fluidisé. Ils ont constaté que la création de ces matériaux est simple et facilement adaptée à une mise à l'échelle à l'aide des méthodes de fabrication industrielles existantes.

L'auteur principal, le professeur Paul Fennell, également du Département de génie chimique, déclare que "le monde doit atteindre zéro émission nette de carbone d'ici 2050. Les énergies renouvelables se développent rapidement, mais à court terme, nous devons développer des technologies de capture du carbone rentables qui peut être appliqué pour décarboniser l'industrie. Notre travail aidera à résoudre ce défi mondial.

Ensuite, les chercheurs étudieront la stabilité à long terme des matériaux lors de la combustion de différents types de carburants, exploreront de nouvelles applications pour le stockage d'énergie thermochimique et étendront l'approche à d'autres systèmes d'oxydes métalliques pour produire de l'hydrogène propre via des cycles redox thermochimiques. + Explorer plus loin

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