Les techniques permettant de transformer le CO2 atmosphérique en carburant constituent une alternative écologique à l’exploitation des combustibles fossiles. libère du CO2 dans l’air lorsqu’il est brûlé, mais il n’y a pas de changement net. Cela inclut les cultures de biocarburants, mais peut s’étendre aux processus industriels qui impliquent directement du CO2. À mesure que les processus qui capturent le CO2 de l’air ambiant deviennent plus économiques, la valeur potentielle de ce CO2 en tant que ressource pour les carburants deviendra également plus économique.
Il existe il existe quelques façons de fabriquer du carburant, mais toutes nécessitent une énergie considérable car le CO2 est une molécule stable – l’inversion de la réaction de combustion pour produire un nouveau carburant n’est pas gratuite. Mais il y a un défi supplémentaire : concevoir un processus adapté pour produire le type exact de carburant que vous souhaitez.
Une façon de le faire est d’utiliser un catalyseur, une substance qui guide les réactions chimiques sans être consumé par eux. Avec l’aide d’un catalyseur, le CO2 capté et l’hydrogène gazeux pourraient être principalement transformés en méthane ; un catalyseur différent pourrait déplacer le produit primaire vers les plus grosses molécules de carburants liquides.
Une nouvelle étude menée par Benzhen Yao à l’Université d’Oxford décrit un nouveau catalyseur spécialisé dans la production d’hydrocarbures à longue chaîne utilisé pour le carburéacteur.
Ce catalyseur est un matériau fer-manganèse-potassium, rien de trop exotique. Lors des tests, seulement cinq pour cent du CO2 converti s’est transformé en monoxyde de carbone et 10 pour cent sous forme de méthane, tandis que près de la moitié s’est transformé en hydrocarbures à longue chaîne dans la gamme des carburéacteurs (8-16 carbones ). Comparé à d’autres catalyseurs testés dans des études précédentes, cela donne un bien meilleur rendement dans la gamme des carburéacteurs. Et parmi les 2 à 4 hydrocarbures carbonés produits, il favorise les alcènes par rapport aux alcanes, ce qui signifie plus de liaisons carbone-carbone et moins de liaisons carbone-hydrogène. La réaction a produit cinq fois plus de propylène que de propane, par exemple. Ce sont des matières premières utiles pour des choses comme les plastiques.
Le catalyseur fournit des sites pour héberger des réactions, influençant le produit. Ici, cela se produit principalement sur un minéral fer-carbone qui se transforme en oxyde de fer. Une forme aide les molécules de CO2 à réagir avec l’hydrogène, tandis que l’autre aide les molécules de monoxyde de carbone résultantes à réagir avec l’hydrogène pour former des hydrocarbures.
La méthode de fabrication du catalyseur s’avère importante. Les matériaux ont été combinés avec un composé organique qui est brûlé tandis que le tout est maintenu à 350 °C pendant plusieurs heures. La réaction de combustion aide le fer, le manganèse et le potassium à former les bons minéraux et laisse du carbone. Les expériences avec un matériau catalyseur similaire réalisé d’une manière différente étaient beaucoup moins efficaces.
Bien que le catalyseur ne soit pas consommé pendant l’utilisation, il change, ce qui signifie qu’il devra peut-être être régénéré à un moment donné. Comme avant sa première utilisation, cela peut être fait avec des températures élevées en présence d’hydrogène et de monoxyde de carbone, réinitialisant les formes minérales dans le catalyseur.
Dans le cadre d’un système du monde réel, cela serait connecté à un CO2 usine de capture et un dispositif d’électrolyse fractionnant l’eau pour produire de l’hydrogène gazeux. Les produits pourraient ensuite être séparés et traités selon les besoins.
Évidemment, cette étude ne porte que sur la compréhension du type de catalyseur à utiliser, et il n’y a pas ici d’analyse économique de l’opération de production de carburant. Il y a beaucoup d’intrants énergétiques dans ce processus, surtout par rapport à la production pétrolière traditionnelle. Mais tandis que les carburants à base de pétrole ajoutent au CO2 dans l’atmosphère, les carburants à base d’air pourraient ajouter très peu (ou aucun selon la provenance de l’énergie requise). Et cela vient également avec la possibilité d’adapter les types d’hydrocarbures que vous fabriquez, plutôt que de simplement travailler avec tout ce qui sort du sol.
Nature Communications, 2020. DOI : 10.1038/s41467-020-20214-z (À propos des DOI).