- Un électrolyseur capable de convertir directement le CO2 en propane a été mis au point à partir de matériaux peu coûteux et faciles à obtenir, ouvrant des perspectives pour la réduction des gaz à effet de serre et la fabrication de produits chimiques renouvelables
- Un système catalytique propriétaire fondé sur des métaux bon marché et des composés organiques permet de produire du propane, composé de trois atomes de carbone
- La conversion du CO2 en molécules multi-carbone, longtemps considérée comme extrêmement difficile, a été résolue grâce à des expériences et à la modélisation informatique, qui ont permis d’identifier l’activité réactionnelle et la sélectivité du catalyseur
- Une conception en flux continu (continuous-flow) dépasse les limites des approches par lots existantes et permet une production de propane extensible et ininterrompue
- Cette avancée en chimie durable s’inscrit dans l’objectif de zéro émission nette en 2050 et bénéficie du soutien d’organismes publics et d’un groupe mondial du propane
Présentation de l’électrolyseur
- Une équipe de l’Illinois Institute of Technology (IIT) a développé un électrolyseur capable de convertir efficacement le dioxyde de carbone en propane
- L’appareil est fabriqué à partir de matériaux peu coûteux et faciles à se procurer
- Les résultats de recherche ont été publiés dans Nature Energy
- La technologie offre un potentiel important pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et fabriquer des produits chimiques renouvelables
- Mohammad Asadi, qui a dirigé les travaux : « La fabrication de produits chimiques renouvelables est essentielle, et c’est la meilleure manière de boucler le cycle du carbone sans renoncer aux produits chimiques que nous utilisons au quotidien »
Technologie clé — système catalytique
- Au cœur de l’innovation se trouve un système catalytique propriétaire reposant sur des métaux peu coûteux et des composés organiques
- Le propane est un carburant largement utilisé, composé de trois atomes de carbone
- Jusqu’à présent, convertir le CO2 en molécules multi-carbone complexes comme le propane était un défi extrêmement difficile
- En combinant expériences et modélisation informatique, les chercheurs ont élucidé le mécanisme qui permet au catalyseur d’atteindre une forte activité réactionnelle et une grande sélectivité pour le propane
- Ils ont identifié les facteurs clés qui influencent les performances et la stabilité du catalyseur
Avantages de la conception en flux continu
- La conception d’électrolyse en flux continu (continuous-flow) constitue l’un des principaux atouts de cette technologie
- Elle permet une production de propane extensible et ininterrompue
- Elle surmonte les limites des systèmes existants de conversion du CO2 en mode batch
- La réalisation d’un prototype à l’échelle du laboratoire démontre la volonté de développer une solution énergétique durable viable commercialement
Portée et coopération
- Cette avancée s’aligne sur les efforts nationaux visant à atteindre la neutralité nette des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2050
- Elle a obtenu l’appui et les retours positifs d’organismes publics, dont l’Advanced Research Projects Agency-Energy
- En collaboration avec le groupe mondial du propane SHV Energy, l’équipe cherche à optimiser et diffuser la technologie
- Keith Simons, de SHV Energy : « Une avancée enthousiasmante qui ouvre une nouvelle voie vers un e-fuel propane ciblé pour les utilisateurs du monde entier de ce carburant essentiel »
- Avec son potentiel de réduction des émissions carbone industrielles, il s’agit d’une avancée importante vers une fabrication chimique durable et renouvelable
1 commentaires
Commentaires sur Hacker News
Le vrai contenu scientifique est ici : « Un système catalytique de nanoparticules de Mo3P fonctionnalisées par 1-ethyl-3-methylimidazolium et revêtues d’un ionomère échangeur d’anions produit du propane à partir de CO2 dans un électrolyseur, à −0,8 V par rapport à l’électrode réversible à hydrogène, avec une densité de courant de −395 mA cm−2 pendant 100 heures et une efficacité faradique de 91 % »
Les vitesse de réaction, rendement et durée annoncés sont presque trop beaux pour être vrais, et commercialement significatifs
Le brevet a sûrement déjà été déposé ; donc, dans 20 ans, quand il expirera, cela pourrait devenir la méthode standard pour traiter le CO2 capturé
Si la technologie est vraiment aussi efficace et que le titulaire du brevet est un tant soit peu rationnel économiquement, il y a de bonnes chances que ce soit lui qui pousse pour en faire le standard du traitement du CO2 capturé bien avant l’expiration du brevet
Le système des brevets n’a pas que des avantages, mais dans ce tableau c’est un facteur trop important pour être ignoré
Le résumé porte sur des méthodes et dispositifs qui intègrent des catalyseurs au phosphure de trois métaux de transition dans les électrodes de cellules de conversion d’énergie électrocatalytique afin de produire de l’hydrogène gazeux
Google Patents écrit « M03P », mais le résumé du PDF dit « MO3P », et le texte indique clairement « Mo3P »
Même si ce brevet ne correspond pas exactement à la technologie présentée ici, la figure supplémentaire 20 montre que le catalyseur ImF-Mo3P est amélioré par rapport aux « pristine Mo3P nanoparticles », et les auteurs ayant plusieurs brevets liés, il est très probable que cette technologie ait aussi été brevetée
Aujourd’hui, le CO2 concentré provient presque entièrement de la consommation de combustibles fossiles ; le transformer en propane et le brûler dans un navire ou une chaudière domestique revient certes à utiliser le carbone deux fois, mais il finit quand même relâché dans l’atmosphère
La clé, c’est le rendement global : capture du carbone atmosphérique + production catalytique de propane + combustion du propane
Pour des procédés où la chaleur de combustion est indispensable, ou quand la portabilité du propane est un gros avantage par rapport à l’électricité, le calcul peut tenir, et cela pourrait aussi servir de moyen de stockage de l’électricité entre périodes de production renouvelable
Au final, tout dépend des chiffres
Par exemple, si ma voiture brûle l’équivalent de 100 kWh de GPL, j’aimerais savoir combien de kWh de propane on pourrait récupérer dans les gaz d’échappement, et combien de kWh d’électricité il faudrait y injecter
On ne sait pas clairement si cette méthode fonctionne avec seulement un peu de CO2, ou si elle nécessite une atmosphère de CO2 concentré sans O2
Extraire les 0,4 % de CO2 présents dans l’air coûte cher
S’il s’agit d’utiliser du CO2 concentré provenant d’endroits comme des hauts-fourneaux, la question se pose aussi de savoir s’il faut l’utiliser sur place, l’envoyer par pipeline sur de longues distances, ou le mettre en bouteilles
Je me demande aussi s’il existe des usages impossibles à remplacer par l’électricité, où il faudrait absolument brûler du propane
En Europe, il existe d’immenses installations de stockage de gaz naturel pour acheter du gaz en été et l’utiliser pour le chauffage en hiver
Il faudra probablement un moyen de stockage similaire issu de sources renouvelables ; si ces réservoirs pouvaient être remplis de propane vert, ce serait énorme
On pourrait conserver l’infrastructure de chauffage existante et très bien valoriser les excédents de production solaire estivale
Franchement, c’est presque trop beau pour être vrai
Exploiter de grands navires hauturiers sur tout leur trajet avec des batteries est quasiment impossible, mais avec du GPL, en pratique un mélange propane/butane, c’est possible
Si des technologies chimiques ou biotechnologiques supplémentaires permettant d’assembler des hydrocarbures plus lourds sont développées, cela pourrait aussi servir de précurseur pour des carburants de synthèse destinés à l’aviation
Il y a énormément d’usages actuels du propane, et il est bien plus simple de leur fournir du propane renouvelable que de tout convertir à l’électricité
En version électrique, cela nécessiterait une connexion de 13k/220 = 60 A, soit trois fois la norme du câblage domestique ici
Et il est exact que c’est trop faible pour servir de source à ce procédé
Qu’est-il advenu de l’annonce similaire faite par Stanford en 2019 ? https://news.stanford.edu/2019/10/17/new-catalyst-helps-turn-carbon-dioxide-fuel/
Le ruthénium et l’iridium sont connus comme catalyseurs stables, mais ils font partie des éléments les plus rares
La structure de Stanford utilisait du Ru, tandis que cet article semble ne proposer que des matériaux abondants
Si cela peut être utilisé à grande échelle et que la stabilité est démontrée, ce serait une avancée importante
Je me demande si la même membrane/le même catalyseur pourraient être utilisés pour le procédé inverse
Autrement dit, oxyder le propane avec l’oxygène de l’air pour rejeter de l’eau et du CO2, tout en produisant directement de l’électricité au lieu de chaleur, ce qui réduirait fortement les pertes
Si c’est possible, cela pourrait avoir un grand intérêt pour le stockage d’énergie
La densité énergétique du propane est de 49,6 MJ/kg, tandis que celle des batteries lithium-ion est d’environ 0,8 MJ/kg, soit un écart de plus de 50 fois
On produirait de l’électricité avec des panneaux solaires, du propane ou de l’électricité avec ce système, et on garderait un grand réservoir de propane du commerce pour les jours nuageux ou plusieurs semaines d’autonomie
Les réactions d’électrolyseur sont généralement réversibles
S’ils peuvent le faire en sens inverse, c’est-à-dire eau + propane → CO2 + hydrogène + électricité, avec le rendement de 91 % qu’ils revendiquent, cela pourrait remplacer tous les générateurs à turbine à gaz, dont le rendement maximal est généralement d’environ 60 %
Si l’on parvient simplement à résoudre le problème du stockage, sous forme de propane, de la production intermittente d’énergies renouvelables, la partie est déjà gagnée
Quel est le rendement typique ?
4 H2O + 3 CO2 <=> C3H8 + 5 O2L’article scientifique lui-même : https://www.nature.com/articles/s41560-023-01314-8
Les médias locaux de cette région devraient largement couvrir le sujet
Plus de 13 % des voitures particulières alentour sont des véhicules bicarburant utilisant à la fois essence et GPL — en pratique surtout du propane — et même les hybrides peuvent recevoir du GPL
Ce qui est amusant, c’est que malgré cela, il existe encore peu d’endroits qui autorisent ces véhicules dans les parkings souterrains
Vu les tarifs de l’électricité, il n’y a probablement aucune chance que cela devienne moins cher que les carburants fossiles, donc je ne pense pas que ce sera rapidement adopté dans l’automobile
Pour référence, il existe une startup appelée Terraform Industries qui convertit le CO2 en méthane
https://terraformindustries.com/
J’ai demandé à son cofondateur ce qu’il pensait de cette annonce
https://twitter.com/ccorcos/status/1694021803654693342
Je me demande comment elles se comparent entre elles
Ils parlent de « nanoparticules de Mo3P fonctionnalisées par 1-ethyl-3-methylimidazolium et recouvertes d’un ionomère échangeur d’anions » ; à quel point ces matériaux seront-ils difficiles et coûteux à produire à grande échelle ?
Le molybdène n’est pas aussi rare ni aussi cher que le platine, c’est donc clairement un avantage