Plusieurs défis liés à la transition énergétique peuvent être gérés en couplant les secteurs de l'énergie électrique et de la mobilité. L'énergie verte pourrait être stockée à long terme, les combustibles à haute densité énergétique pourraient être utilisés de manière neutre en carbone. Le couplage sectoriel a maintenant été démontré par les partenaires du projet P2X Kopernikus dans les locaux du Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Les premiers litres de carburant ont été produits à partir de dioxyde de carbone capté dans l'air et d'énergie verte. Pour la première fois, une installation d'essai basée sur des conteneurs intégrant les quatre étapes de processus chimiques nécessaires a été utilisée pour mettre en œuvre un processus continu avec une utilisation maximale du dioxyde de carbone et une efficacité énergétique très élevée.

"À l'échelle mondiale, le vent et le soleil fournissent une quantité d'énergie suffisante, mais pas toujours au bon moment, " dit le professeur Roland Dittmeyer, TROUSSE, pour décrire le dilemme de la transition énergétique. Il coordonne le pôle de recherche « Hydrocarbures et alcools à longue chaîne » du projet Power-to-X (P2X) Kopernikus. "De plus, quelques secteurs de transport importants, comme le trafic aérien ou lourd, continuera à avoir besoin de carburants liquides à l'avenir, car ils ont une densité d'énergie élevée. il n'est que raisonnable de stocker l'énergie verte jusqu'ici inutilisée dans des vecteurs d'énergie chimique.

Les partenaires du projet Climeworks, Ineratec, Feu de soleil, et KIT ont récemment combiné les étapes de processus chimiques nécessaires dans une usine compacte, opération couplée réalisée, et démontré le principe de fonctionnement. Cette combinaison de technologies promet une utilisation optimale du dioxyde de carbone et une efficacité énergétique maximale, car les flux de masse et d'énergie sont recyclés en interne. L'installation d'essai existante peut produire environ 10 litres de carburant par jour. Dans la deuxième phase du projet P2X Kopernikus, il est prévu de développer une usine d'une capacité de 200 litres par jour. Après ça, une usine de démonstration préindustrielle de l'ordre du mégawatt, soit avec une capacité de production de 1500 à 2000 litres par jour, sera conçu. Cette usine peut théoriquement atteindre des rendements d'environ 60 %, ce qui signifie que 60% de l'énergie verte utilisée peut être stockée dans le carburant sous forme d'énergie chimique.

Quatre étapes pour alimenter

Dans un premier temps, l'usine capte le dioxyde de carbone de l'air ambiant dans un processus cyclique. La technologie de captage d'air direct de Climeworks, une spin-off de l'ETH Zurich, utilise un matériau filtrant spécialement traité à cet effet. Au fur et à mesure que l'air les traverse, les filtres absorbent les molécules de dioxyde de carbone comme une éponge. Sous vide et à 95°C, le dioxyde de carbone capturé se libère de la surface et est pompé.

Dans la deuxième étape, la séparation électrolytique du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau a lieu simultanément. Cette technologie dite de co-électrolyse commercialisée par l'entreprise technologique Sunfire produit de l'hydrogène et du monoxyde de carbone en une seule étape de procédé. Le mélange peut être utilisé comme gaz de synthèse pour un certain nombre de procédés dans l'industrie chimique. La co-électrolyse a un rendement élevé et lie théoriquement dans le gaz de synthèse 80 % de l'énergie verte utilisée sous forme chimique.

Dans une troisième étape, la synthèse Fischer-Tropsch est utilisée pour convertir le gaz de synthèse en molécules d'hydrocarbures à longue chaîne, les matières premières pour la production de carburant. Pour ça, Ineratec, un spin-off de KIT, contribue à un réacteur microstructuré qui offre une grande surface sur le plus petit espace pour éliminer de manière fiable la chaleur du processus et l'utiliser pour d'autres étapes du processus. Le processus peut être contrôlé facilement, bien gérer les cycles de charge, et peut être étendu de manière modulaire.

Dans la quatrième étape, la qualité du carburant et le rendement sont optimisés. Ce processus, appelé hydrocraquage, a été intégré dans la chaîne de processus par KIT. Sous atmosphère d'hydrogène, les longues chaînes hydrocarbonées sont partiellement craquées en présence d'un catalyseur platine-zéolithe et, Donc, déplacer le spectre des produits vers des carburants plus directement utilisables, comme l'essence, kérosène, et diesel.

En raison de son caractère modulaire, le processus est d'un grand potentiel. En raison du faible risque d'entartrage, le seuil de mise en œuvre est bien inférieur à celui d'une centrale, installation chimique à grande échelle. Le processus peut être installé de manière décentralisée à des endroits où l'énergie solaire, l'énergie éolienne ou hydraulique est disponible.

Projet P2X Kopernikus :Utilisation flexible des ressources renouvelables

« Power-to-X » fait référence aux technologies qui convertissent l'énergie provenant de sources renouvelables en matériaux de stockage d'énergie, vecteurs d'énergie, et les produits chimiques énergivores. Les technologies Power-to-X permettent d'utiliser de l'énergie provenant de sources renouvelables sous forme de carburants personnalisés pour les véhicules ou dans des polymères améliorés et des produits chimiques à haute valeur ajoutée. Dans le cadre du programme Kopernikus financé par le gouvernement, une plateforme nationale de recherche « Power-to-X » (P2X) a été mise en place pour étudier cette problématique complexe. Tout à fait, 18 établissements de recherche, 27 entreprises industrielles, et trois organisations de la société civile sont impliquées dans le projet P2X. Dans un délai de dix ans, de nouveaux développements technologiques sont prévus pour être développés jusqu'à la maturité industrielle. La première phase de financement se concentre sur la recherche sur l'ensemble de la chaîne de valeur, de l'énergie électrique aux matériaux et produits porteurs d'énergie.