De nouvelles technologies créent des produits chimiques à partir de rien
Le projet CELBICON, financé par l’UE, a relevé ce défi en captant le CO2 de l’atmosphère et en le convertissant par une séquence d’étapes électrochimiques et biochimiques en produits chimiques complexes et précieux. Ceux-ci ont une empreinte carbone extrêmement faible, voire négative, et l’énergie nécessaire aux conversions peut au final provenir de sources d’énergie durables. Cela devrait aider l’UE à atteindre les valeurs cibles de 20 % de réduction des gaz à effet de serre d’ici 2020 et à poursuivre cette réduction jusqu’à atteindre l’objectif de 80 à 95 % d’ici 2050 du niveau de 1990. Les partenaires du projet ont développé des technologies pour atteindre un rendement et une efficacité inégalés dans une ligne de traitement haute pression et une autre basse pression. «La première a produit du bioplastique polyhydroxyalcanoate (PHA) et du méthane (CH4) sous pression via la production électrochimique intermédiaire de gaz de synthèse sous pression suivie d’étapes de fermentation spécifiques. La seconde ligne de traitement était axée sur la production de produits chimiques à valeur ajoutée par fermentation d’intermédiaires de C1 soluble dans l’eau (une molécule de carbone) par réduction de CO2», explique la coordinatrice du projet Debora Fino. Les deux lignes de traitement ont suivi un programme de R&D exhaustif de développement des composants, assemblant trois bancs d’essai jusqu’au stade de la commercialisation. «Cela impliquait une captation directe du CO2 de l’air, une méthode économe en énergie pour comprimer et dissoudre le CO2 dans l’eau afin d’obtenir des solutions de CO2 concentrées à haute pression, et enfin la production biochimique de CH4 à partir de CO2 et d’hydrogène», ajoute Debora Fino.
Une approche innovante
La première technologie de captage de CO2 développée par les membres du consortium a déjà été entièrement intégrée dans un processus de capture et d’utilisation du carbone. Cette approche exploite deux processus électrochimiques potentiels entraînés par électricité renouvelable visant à convertir le CO2 de l’atmosphère en produits chimiques utiles. Le deuxième prototype fonctionnel et automatisé pour la compression et la dissolution de CO2 a atteint environ 40 % de réduction en demande d’énergie par rapport au processus standard (première compression de gaz et ensuite dissolution au niveau de haute pression). Le concept proposé implique l’utilisation d’un jet d’eau dense à l’intérieur du compresseur pour refroidir simultanément le gaz comprimé. Il en résulte des conditions isothermes ainsi qu’une dissolution immédiate du CO2 dans l’eau, lorsque la pression augmente en raison de la grande interface entre le CO2 et les gouttelettes d’eau et les filaments. «Le résultat est un processus qui permet de réduire la consommation globale d’énergie en raison des conditions isothermes et une réduction simultanée de la quantité de CO2 en phase gazeuse à comprimer», souligne Debora Fino.
Une plus grande efficacité, des coûts moindres
Enfin, le troisième processus biochimique a réalisé la conversion du CO2 en CH4 en présence de l’hydrogène et du monoxyde de carbone produits dans un électrolyseur dans un bioréacteur résistant à la pression intégré et personnalisé. Le bioréacteur est conçu et fabriqué pour être opéré à une pression ambiante de 50 barg de pression manométrique. En outre, de nouvelles stratégies de criblage pour le développement de bioprocédés de conversion de gaz ont été mises en place et plusieurs souches de bactéries méthanogènes ont été filtrées pour leur capacité à convertir le CO2 en CH4. Un fonctionnement à haute pression ainsi que la présence de bactéries a permis de supprimer les obstacles cinétiques et d’atteindre des niveaux inégalés de productivité du CO2 vers le CH4. CELBICON va donc mener à des procédés radicalement nouveaux employant des réacteurs électrochimiques et des bioréacteurs qui combinent en une seule unité de traitement plusieurs fonctions pour atteindre des rendements de conversion supérieurs avec des investissements et des coûts d’exploitation moindres. «L’utilisation du CO2 par des bioprocédés de conversion de gaz biologiques est un domaine novateur offrant d’importantes opportunités pour l’environnement, l’économie et la société», conclut Debora Fino.
Mots‑clés
CELBICON, CO2, CH4, électrochimique, biochimiques, bioréacteur, bactéries, polyhydroxyalcanoate, méthane, méthanogène