Démonstration d'un recycleur de CO2

Des chercheurs de Sandia National Laboratories ont réussi à démontrer un prototype de machine qui utilise l'énergie du soleil pour convertir l'eau et le dioxyde de carbone en éléments constitutifs moléculaires qui composent les carburants de transport. le Du soleil à l'essence Le système pourrait finalement s'avérer un moyen pratique de recycler le CO₂ des centrales électriques et industrielles en essence, diesel et carburéacteur, en supposant que le processus puisse devenir au moins deux fois plus efficace que la photosynthèse naturelle.

Soleil au gaz de synthèse : Ce prototype, connu sous le nom de CR5, a été conçu par les chercheurs de Sandia pour convertir le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, ou l'eau en hydrogène, en utilisant l'énergie solaire concentrée. Le monoxyde de carbone et l'hydrogène peuvent être combinés plus tard pour produire du gaz de synthèse, un élément constitutif de la plupart des carburants de transport. Le premier prototype fonctionnel, illustré ci-dessus, a démontré que le processus fonctionne, mais des efforts sont en cours pour le rendre plus efficace.

Jusqu'à récemment, le système n'avait été validé en laboratoire que par petits lots. Une machine de démonstration fabriquée à la main a été testée avec succès cet automne. Il s'agit d'un prototype unique en son genre que nous évaluons, déclare Rich Diver, chercheur chez Sandia, inventeur de l'appareil.

À court terme, nous voyons cela comme une alternative à la séquestration, explique James Miller, ingénieur chimiste avec Le laboratoire des matériaux avancés de Sandia . Au lieu de simplement pomper du CO2 sous terre pour un stockage permanent, dit Miller, l'énergie abondante du soleil peut être utilisée pour réaliser une combustion inverse qui transforme essentiellement le dioxyde de carbone en carburant. C'est une utilisation productive du CO2 que vous pourriez capturer à partir d'une centrale au charbon, d'une brasserie et de sources concentrées similaires.

La machine métallique cylindrique, appelée le récupérateur de réacteur à anneau rotatif à contre-rotation (CR5), repose sur la chaleur solaire concentrée pour déclencher une réaction thermochimique dans un matériau composite riche en fer. Le matériau est conçu pour abandonner une molécule d'oxygène lorsqu'il est exposé à une chaleur extrême, puis pour récupérer une molécule d'oxygène une fois refroidie.

La machine est conçue avec une chambre de chaque côté. Un côté est chaud, l'autre froid. Au centre se trouve un ensemble de 14 anneaux de type Frisbee tournant à un tour par minute. Le bord extérieur de chaque bague est constitué d'un composite d'oxyde de fer supporté par une matrice de zirconium. Les scientifiques utilisent un concentrateur solaire pour chauffer l'intérieur d'une chambre à 1 500 °C, provoquant la libération de molécules d'oxygène par l'oxyde de fer d'un côté de l'anneau. Lorsque le côté affecté de l'anneau tourne vers la chambre opposée, il commence à se refroidir et du dioxyde de carbone est pompé. Ce refroidissement permet à l'oxyde de fer de récupérer les molécules d'oxygène du CO₂, laissant derrière lui du monoxyde de carbone. Le processus est continuellement répété, transformant un apport entrant de CO2 en un flux sortant de monoxyde de carbone.

Miller dit que le même processus peut être utilisé pour produire de l'hydrogène, la seule différence étant que l'eau, au lieu du dioxyde de carbone, est pompée dans la deuxième chambre. Les deux gaz récupérés séparément – ​​l'hydrogène et le monoxyde de carbone – sont ensuite mélangés pour former du gaz de synthèse, qui peut être utilisé pour remplacer les carburants traditionnels, explique Miller.

À l'origine, Diver a conçu la machine en pensant à l'économie de l'hydrogène. L'idée était d'éviter l'inefficacité de l'électrolyse et de construire à la place un moteur thermique solaire qui pourrait produire directement de l'hydrogène et de l'oxygène, en supprimant l'électricité comme intermédiaire. C'est une approche également poursuivie par des chercheurs au Japon, en France et en Allemagne.

Mais l'équipe de Sandia s'est vite rendu compte que le même processus pouvait transformer le CO2 en monoxyde de carbone. Même si l'économie de l'hydrogène n'a pas décollé, ils avaient toujours un moyen de fabriquer les carburants dont nous dépendons aujourd'hui d'une manière qui limite l'impact de la combustion du charbon et du gaz naturel pour l'électricité et d'autres processus industriels.

Diver dit que le défi est maintenant d'améliorer l'efficacité du système. Si l'équipe de Sandia peut démontrer une plus grande efficacité, cela pourrait être un pas en avant significatif, a déclaré Vladimir Krstic , directeur du Centre for Manufacturing of Advanced Ceramics and Nanomaterials de l'Université Queen's à Kingston, en Ontario.

Les scientifiques pensent qu'il faudra 15 à 20 ans avant que la technologie ne soit prête à être commercialisée. En attendant, l'objectif est de développer un prototype de nouvelle génération tous les trois ans qui montre une augmentation de l'efficacité de la conversion solaire en carburant et une diminution des coûts. Cela viendra en partie du développement de nouveaux composites céramiques qui libèrent des molécules d'oxygène à des températures plus basses, permettant de convertir une plus grande partie de l'énergie solaire en hydrogène ou en monoxyde de carbone.

Notre objectif à court terme est d'atteindre une efficacité de quelques pour cent, déclare Miller. Cela peut sembler un nombre faible, mais nous aimons comparer cela à la photosynthèse, qui est en fait un moyen très inefficace d'utiliser la lumière du soleil.

Il dit que l'efficacité maximale théorique de la photosynthèse est d'environ 5 pour cent, mais dans le monde réel, elle a tendance à tomber à environ 1 pour cent. Donc, nous commençons peut-être très bas, mais nous aimerions que cela reste dans le contexte de ce que nous devons battre. En fin de compte, nous pensons que nous devons atteindre 10 % de lumière solaire-carburants, et nous sommes loin de le faire.

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