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Des réacteurs à biocarburant plus petits et moins chers
Des chercheurs de l'Université du Minnesota ont mis au point un moyen rapide de convertir la sciure de bois et les déchets de biomasse directement en un mélange de gaz pouvant être brûlé pour produire de l'électricité ou transformé en carburants liquides tels que le diesel. Si le processus peut être étendu, il pourrait s'agir d'une méthode plus économe en énergie pour fabriquer des biocarburants en permettant de petits réacteurs rapides situés à proximité de sources de biomasse.
Catalyseur chauffé au rouge : Un lit de catalyseur brille lorsqu'il convertit des particules de cellulose (blanches) de la taille d'un millimètre en un précieux mélange de gaz.
Les chercheurs ont développé un système qui permet de transformer directement les solides en un mélange utile de gaz. Le processus commence lorsque des particules de la taille d'un millimètre entrent en contact avec une surface poreuse de 700 à 800 degrés Celsius et forment instantanément un mélange de composés gazeux. Ceux-ci interagissent avec un catalyseur en métal précieux rhodium qui facilite les réactions d'oxydation partielle qui maintiennent le système chaud et convertissent les gaz en hydrogène et monoxyde de carbone. Ce mélange de gaz, appelé gaz de synthèse ou gaz de synthèse, peut ensuite être brûlé dans une turbine à gaz pour produire de l'électricité, ou purifié et transformé en un certain nombre de combustibles différents à l'aide de procédés bien connus.
La clé du nouveau procédé est un lit de catalyseur avec le bon type de structure poreuse pour maintenir les températures et le mouvement des matériaux nécessaires aux réactions chimiques. Le système résultant décompose la biomasse en seulement 70 millisecondes. C'est dix fois plus rapide que les autres méthodes de fabrication de gaz de synthèse, dit Lanny Schmidt , professeur de génie chimique et de science des matériaux à l'Université du Minnesota. Idéalement, cela signifie qu'un réacteur d'un volume donné pourrait produire dix fois plus de gaz de synthèse en utilisant la nouvelle méthode qu'en utilisant les méthodes conventionnelles. Ou en d'autres termes, cela pourrait permettre des réacteurs d'un dixième de la taille, dit-il.
L'approche catalytique est l'une des nombreuses méthodes en cours de développement qui pourraient convertir des sources bon marché de biomasse cellulosique, telles que la sciure de bois, l'herbe et les déchets agricoles, en combustibles liquides. On ne sait toujours pas laquelle des deux grandes catégories d'approches sera la plus pratique, les méthodes thermochimiques, telles que celle de Schmidt, ou les méthodes qui utilisent des enzymes et des organismes. Les méthodes thermochimiques sont chères mais ont l'avantage potentiel de pouvoir utiliser un certain nombre de matériaux sources différents, alors que les systèmes biologiques devront probablement être affinés pour des matières premières particulières.
Mais la capacité de fabriquer des réacteurs plus petits pour convertir les déchets de biomasse en gaz de synthèse pourrait aider à relever l'un des défis les plus importants de la production de carburants à partir de la biomasse. Le transport de matériaux volumineux tels que les copeaux de bois et les déchets de maïs sur de longues distances jusqu'aux installations centrales consomme beaucoup d'énergie, souvent sous forme de combustibles fossiles. Cela rend également le processus global plus coûteux. De petites usines de gaz de synthèse distribuées pourraient réduire ces coûts de transport en diminuant la distance à laquelle la biomasse doit être transportée. Les réacteurs distribués pourraient également être précieux dans les économies en développement, dit Schmidt, fournissant de l'électricité et du carburant aux communautés qui ne disposent pas d'infrastructures de transport fiables.
L'abordabilité globale d'un tel système dépendra en partie de la possibilité d'utiliser le rhodium, qui peut coûter jusqu'à 6 000 $ l'once, en quantités suffisamment petites et sur des périodes suffisamment longues. Le processus doit également être étendu, même pour les petits systèmes distribués. À l'heure actuelle, le prototype utilise un lit de catalyseur expérimental de la taille du pouce d'une personne. Les chercheurs estiment qu'un système capable de produire suffisamment de gaz de synthèse pour produire 10 gallons d'essence par jour nécessiterait un lit de catalyseur plusieurs fois plus grand, environ 15 centimètres de diamètre et 3 de profondeur. Cela pourrait s'avérer difficile, dit Théodore Krause , responsable des sciences fondamentales et appliquées à Laboratoire National d'Argonne , pour créer un système plus grand qui reste rapide et efficace.
Bien que des défis subsistent, le système de Schmidt représente une avancée distincte dans la science de la fabrication de carburants à partir de la biomasse, dit Krause. En démontrant la capacité de convertir les solides directement en gaz de synthèse, ajoute-t-il, la recherche a démontré quelque chose que la plupart des gens auraient d'abord deviné n'était pas possible.