Extraire l'oxygène de l'air pour un usage industriel De nombreuses réactions industrielles ont besoin d''oxygène pur, mais le rendement de sa séparation à partir de l''air reste limité. Des scientifiques financés par l''UE ont mis au point des membranes ultra-minces en céramique. Technologies industrielles © Thinkstock L''oxygène pur, généralement obtenu par séparation transmembranaire à partir de l''air, utile dans de nombreux processus industriels. Le rendement du processus est actuellement limité par la faible perméabilité des membranes, trop épaisses. En outre, il n''existe pas de méthode pour produire de telles membranes, avec l''épaisseur et la stabilité voulues. Des scientifiques financés par l''UE ont lancé le projet NASA-OTM («Nanostructured surface activated ultra-thin oxygen transport membrane») pour s''affranchir de ces limitations. L''accent était mis sur deux utilisations en rapport avec l''énergie, l''une visant à réduire les émissions des centrales à combustibles fossiles, et l''autre pour convertir le méthane en produits utiles. La combustion oxyfuel consiste à faire brûler un combustible fossile dans de l''oxygène pur. Elle produit de la vapeur d''eau et du gaz carbonique (CO2) quasiment pur, facile à séparer et à stocker (par CCS). Le couplage oxydatif du méthane et le procédé Andrussow servent à fabriquer des produits chimiques industriels à partir du méthane. Les scientifiques ont étudié deux types de céramiques qui diffèrent par leur structure: les pérovskites et les fluorites. Les premières ont une perméabilité élevée, conviennent pour l''oxyfuel mais manquent de stabilité. Les secondes sont moins perméables mais plus stables pour le couplage oxydatif du méthane et le procédé Andrussow. L''optimisation de la porosité des supports de membranes ultra minces de pérovskite (Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-d (BSCF)) a réduit les obstacles à la diffusion et conduit à la plus haute perméabilité à ce jour. Ce progrès est particulièrement prometteur pour réduire le coût de l''oxygène pur utilisé dans la CCS pour oxyfuel. Par ailleurs, l''activation de la surface catalytique des membranes de fluorite a augmenté la surface et la cinématique de la réaction, conduisant à un rendement très élevé du couplage oxydatif du méthane. Ces membranes posent des problèmes avec le procédé Andrussow, à cause de sous-produits indésirables du processus catalytique, ce qui demande plus d''études. Les deux types de matériaux ont été utilisés pour réaliser des membranes ultra minces via pulvérisation au magnétron. La perméabilité du film en pérovskite (La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d (LSCF)) s''est avérée limitée. Cependant, les scientifiques ont obtenu une perméabilité plus élevée avec un support métallique et des couches intermédiaires de fluorite (oxyde de gadolinium cérium). La nature fonctionnelle de cette architecture prometteuse demande d''autres études. Le projet NASA-OTM a réalisé des membranes prometteuses à base de céramiques, en vue d''extraire de l''oxygène pur à partir de l''air. Le développement et l''optimisation du comportement complexe de transport de ces membranes multicouches promet une réduction considérable des émissions de CO2 par les centrales électriques à combustibles fossiles.
