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Continuous-flow Photoelectrochemical Cells for Carbon Dioxide Valorization

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L’avènement du combustible solaire promet une nouvelle ère industrielle

La technologie du combustible solaire pourrait un jour transformer le dioxyde de carbone, l’un des principaux gaz à effet, en une matière première industrielle utile. Elle pourrait nous aider à nous départir des combustibles fossiles au profit d’une économie véritablement circulaire.

Énergie

Notre économie fondée sur les combustibles fossiles n’est pas durable. L’énergie et les produits chimiques que nous produisons à partir du pétrole et du gaz naturel continuent de libérer des milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère chaque année, ce qui exacerbe le changement climatique. Afin d’amorcer une transition vers une économie fondée sur les principes de circularité et de durabilité, il nous faut développer de toute urgence des technologies alternatives qui exploitent les sources d’énergie renouvelables. Cela dit, en plus de se montrer respectueuses de l’environnement, ces technologies doivent pouvoir fonctionner à l’échelle industrielle et être faisables sur le plan économique. L’un des domaines de recherche les plus prometteurs est la production de combustibles et de produits chimiques solaires. Cette technologie consiste à appliquer de la lumière artificielle ou naturelle pour convertir des molécules, comme le CO2, en produits chimiques à haute énergie. Si elle pouvait un jour être développée à l’échelle industrielle, cette technologie pourrait contribuer à briser notre dépendance aux combustibles fossiles et à transformer le CO2 en une matière première utile.

Identifier des prototypes viables

Le projet PEC_Flow, financé par le Conseil européen de la recherche, s’inscrit dans le prolongement d’une initiative précédente appelée HybridSolarFuels. Cette initiative a contribué au développement de photoélectrodes conçues pour convertir le CO2 en produits chimiques comme l’acide formique, le monoxyde de carbone, le méthanol et l’éthanol. PEC_Flow a voulu approfondir ces recherches. Il cherchait à identifier les cellules photoélectrodes les plus efficaces sur le plan technologique et les plus viables sur le plan économique qui puissent être capables de produire des produits chimiques de manière continue. S’il est couronné de succès, le projet pourrait contribuer à déterminer l’orientation future de ce domaine de recherche d’une importance capitale. «Pour ce faire, nous avons comparé différents types de cellules photoélectrochimiques», explique Csaba Janáky, coordinateur du projet PEC_Flow, rattaché à l’Université de Szeged, en Hongrie. «Nous voulions les évaluer non seulement d’un point de vue technologique et scientifique, mais aussi les inscrire dans une perspective économique.» Csaba Janáky et son équipe ont dès lors entrepris de collecter des données et des analyses sur différents types de cellules. Quatre configurations de cellules différentes ont été retenues à l’issue d’un examen exhaustif. Celles-ci ont été affinées pour n’en retenir que deux, avant de procéder à une analyse technico-économique approfondie. Des questions comme le potentiel commercial et d’investissement ont été examinées. «Au final, il ne nous restait qu’une seule configuration», explique Csaba Janáky. «Dans ce prototype, la cellule solaire a été découplée de la partie électrolyseur. Nous en avons conclu que cette solution pouvait potentiellement s’avérer beaucoup plus compétitive sur le plan économique qu’une solution intégrée, en tenant compte des technologies de pointe actuelles.»

Les processus industriels de demain

Les résultats du projet PEC_Flow laissent donc entendre que la voie à privilégier pour développer des technologies solaires de conversion du CO2 viables sur le plan industriel est, pour l’heure, de découpler la cellule photovoltaïque de l’électrolyseur. Tout aussi important, le projet a également contribué à identifier les lacunes dans les technologies et les connaissances qu’il y a lieu de combler pour un jour mettre au point des cellules photoélectrochimiques intégrées efficaces. «Cet aspect a toute son importance, car nous aurons besoin d’une gamme de technologies parallèles d’utilisation du CO2 au cours des prochaines décennies», fait remarquer Csaba Janáky. De nombreux secteurs pourraient, un jour, grandement profiter de ces progrès de la technologie des combustibles solaires. L’industrie chimique, responsable de gros volumes d’émissions, pourrait notamment utiliser des systèmes photoélectrochimiques pour capter le CO2 et le convertir en produits utiles. Les prochaines étapes consistent à développer cette approche découplée avec des partenaires industriels et à progresser vers sa commercialisation. «Pour ce faire, nous assemblerons un prototype à petite échelle, que l’on développera ensuite à plus grande échelle», ajoute Csaba Janáky. En outre, des recherches plus fondamentales visant à s’attaquer aux goulets d’étranglement scientifiques et technologiques dans le développement de cellules photoélectrochimiques intégrées se poursuivront.

Mots‑clés

PEC_Flow, solaire, combustible, CO2, gaz à effet de serre, combustibles fossiles, énergie, produits chimiques, durabilité

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