Les réacteurs solaires à flux continu transforment le dioxyde de carbone en carburants
Transformer le dioxyde de carbone en carburant utile semble simple, mais la chimie impliquée est complexe. Le défi consiste à faire réagir le dioxyde de carbone et l’eau de manière sélective, efficace et suffisamment longtemps pour que ce procédé puisse un jour trouver une application en dehors du laboratoire. Le projet NEFERTITI(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a mis au point un système de réacteur alimenté à l’énergie solaire permettant de produire des carburants liquides à partir de dioxyde de carbone et d’eau. Il portait sur la photocatalyse, un processus dans lequel la lumière active un catalyseur pour déclencher une réaction chimique, et a testé des réacteurs à flux continu plutôt que des cuves discontinues fermées. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre d’une recherche européenne plus large sur la conversion par énergie solaire du dioxyde de carbone et de l’eau en composés à plusieurs atomes de carbone.
Les réacteurs solaires à flux continu ont produit de l’éthanol et d’autres carburants
Le projet visait à intégrer deux réacteurs photocatalytiques, des composants de captage de la lumière et un système de purification au sein d’un seul et même système validé au niveau de maturité technologique 4 (NMT4), ce qui correspond à une technologie à un stade précoce, testée à l’échelle du laboratoire dans un environnement pertinent. Au final, le système a montré que le rendement pouvait varier en fonction des conditions d’exploitation. David González Gálvez, coordinateur du projet et responsable de secteur au Centre technologique Leitat(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), explique: «À l’issue du projet, le système intégré a démontré une gamme de produits adaptable en fonction des conditions de réaction.» Dans certaines conditions, il produisait de l’éthanol et d’autres alcools à longue chaîne; dans d’autres, il produisait du méthane, du méthanol et de l’acétone. L’éthanol s’est imposé comme l’objectif le plus réaliste à court terme, car il offrait un bon équilibre entre sélectivité, maturité du procédé et pertinence commerciale.
Les réacteurs à flux continu ont permis d’améliorer le contrôle de la production de combustible
L’un des choix clés a été de passer d’un procédé chimique discontinu à un procédé en flux continu, dans lequel les réactifs traversent le réacteur de manière continue. David González Gálvez déclare: «Le principal avantage des réacteurs à flux continu réside dans le haut niveau de contrôle qu’ils offrent par rapport aux systèmes discontinus.» Ce point est important car la répartition de la lumière, le transfert de chaleur et les interactions entre les gaz, les liquides et les catalyseurs ont tous une incidence sur le rendement. Le projet est également passé du dioxyde de carbone dissous dans l’eau au dioxyde de carbone «humide», un flux gazeux contenant de la vapeur d’eau. Cette avancée a permis d’augmenter la quantité de dioxyde de carbone disponible pour le catalyseur et d’accélérer les vitesses de réaction. En contrepartie, le contrôle de l’humidité est devenu l’un des principaux défis à relever lors de la première étape de la conversion.
Ce dont la technologie des carburants solaires a encore besoin avant d’être déployée à grande échelle
Le procédé intégré se heurte encore à un goulot d’étranglement: un faible taux de conversion aux deux étapes de la réaction. Même lorsque la sélectivité envers l’éthanol et les alcools supérieurs est élevée, la productivité globale peut rester limitée. À des taux de conversion plus élevés, le système peut privilégier la production de méthane, ce qui réduit le rendement des produits liquides souhaités. David González Gálvez poursuit: «La prochaine étape évidente pour passer du NMT4 à une mise en œuvre industrielle consiste à améliorer les performances et la durabilité.» La plupart des expériences ont été menées sous un éclairage artificiel contrôlé, tandis que la lumière naturelle a surtout été testée pour vérifier la stabilité. Les travaux futurs devront donc accroître la stabilité à long terme des catalyseurs, augmenter le taux de conversion sans compromettre la sélectivité de l’éthanol, et mieux comprendre comment les variations de l’ensoleillement influent sur les performances. Le projet NEFERTITI n’a pas abouti à la mise en place d’une usine de production de carburant prête à être commercialisée. Il a toutefois permis de mettre au point une méthode éprouvée pour associer le dioxyde de carbone, l’eau, la lumière et la chimie en flux continu sur une seule et même plateforme. En outre, il nous a aidés à mieux cerner les aspects à améliorer avant que la production de carburants solaires puisse se rapprocher d’une utilisation industrielle.
