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Électricité à partir de l'eau sucrée
Une nouvelle façon de produire de l'hydrogène directement à partir de la biomasse, comme l'huile de soja, évoquée dans le présent numéro de La science , pourrait réduire le coût de production d'électricité en utilisant divers combustibles bon marché.
Un catalyseur métallique chauffé à 800°Celsius vaporise l'huile de soja pour produire de l'hydrogène. (Crédit : Paul Dauenhauer, Université du Minnesota)
Des chercheurs de l'Université du Minnesota ont mis au point une méthode catalytique pour produire de l'hydrogène à partir de carburants tels que l'huile de soja et même un mélange de glucose et d'eau. L'hydrogène pourrait être utilisé dans des piles à combustible à oxyde solide, qui fonctionnent désormais avec de l'hydrogène obtenu à partir de sources de combustibles fossiles telles que le gaz naturel, pour produire de l'électricité. De plus, en ajustant la quantité d'oxygène injectée avec l'huile de soja ou l'eau sucrée, le procédé peut être adapté pour produire du gaz de synthèse, une combinaison de monoxyde de carbone et d'hydrogène qui peut être brûlé comme carburant ou converti en essence synthétique. Le procédé peut également produire des matières premières chimiques, telles que des oléfines, qui peuvent être transformées en plastiques.
Bien que les résultats soient préliminaires, le nouveau procédé de catalyse représente une façon fondamentalement nouvelle d'utiliser directement l'huile de soja et d'autres biomasses bon marché comme combustibles ; cette biomasse doit maintenant être convertie en biodiesel ou en éthanol pour être utilisée comme carburant. En règle générale, les gens ont évité les liquides non volatils, des matériaux que vous ne pouvez pas vaporiser, car ils produisent généralement un résidu de carbone qui arrête le processus de production d'hydrogène, explique Ted Krause , chef du département de recherche fondamentale et appliquée au Laboratoire national d'Argonne, à Argonne, IL. En éliminant le besoin de traiter l'huile de soja et l'eau sucrée pour fabriquer des carburants volatils tels que l'éthanol, la nouvelle méthode ouvre le nombre de matières premières disponibles pour les biomatériaux, dit-il.
Le processus commence lorsque les chercheurs vaporisent de fines gouttelettes d'huile de soja ou d'eau sucrée sur un catalyseur très chaud composé de petites quantités de cérium et de rhodium. Le chauffage rapide combiné aux réactions assistées par catalyseur empêche la formation de boues de carbone qui, autrement, désactiveraient le catalyseur. Et les réactions produisent de la chaleur, gardant le catalyseur suffisamment chaud pour continuer la réaction. En conséquence, bien que des combustibles fossiles soient utilisés initialement pour amener les catalyseurs jusqu'à la température de fonctionnement de 800 °C, aucun combustible fossile n'est nécessaire pour poursuivre le processus. L'une des vertus de notre procédé est qu'il ne nécessite aucune chaleur de procédé externe - il se pilote lui-même, explique un professeur de génie chimique et de science des matériaux. Lanny Schmidt , qui a dirigé la recherche.
La clé de la vitesse des réactions réside dans les petites gouttelettes. Les processus existants de conversion de carburants volatils, tels que l'éthanol ou le biodiesel, en hydrogène sont plus lents car les carburants se trouvent à l'intérieur des tuyaux, et il faut jusqu'à une seconde pour que la chaleur y soit transférée. Dans le processus de Schmidt, les gouttelettes chauffent instantanément – en quelques millisecondes seulement – et le système peut être plus rapide, moins cher et plus petit, dit-il. La vitesse permet de produire plus de combustible à partir d'un réacteur plus petit, ce qui réduit les coûts d'investissement et permet potentiellement à un agriculteur d'utiliser un petit système sur la ferme.
Schmidt dit que le processus pourrait probablement être adapté pour fonctionner avec d'autres biomasses, telles que des boues ou des poudres à base d'herbe ou de bois, qui sont maintenant difficiles à convertir en combustibles pratiques pour la production d'électricité ou le transport en raison de leur teneur élevée en cellulose. La capacité de créer de l'hydrogène et du gaz de synthèse directement à partir de sources cellulosiques augmenterait considérablement la quantité de carburant qui pourrait être fabriquée à partir de déchets de biomasse, car il serait possible, par exemple, d'utiliser la tige de maïs entière, plutôt que simplement le glucose dérivé des grains de maïs, pour le carburant. D'autres chercheurs tentent de modifier génétiquement des organismes pour convertir l'herbe et les tiges de maïs en carburants liquides tels que l'éthanol (voir Redesigning Life to Make Ethanol ).
De tels carburants pourraient aider à réduire la dépendance des États-Unis vis-à-vis du pétrole étranger et fournir une source de carburant renouvelable qui ne produit aucune augmentation nette de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, puisque le carbone libéré lorsque le carburant est brûlé est récupéré par la biomasse au fur et à mesure de sa croissance.
Krause dit que les premières applications du processus actuel de Schmidt consisteront probablement à produire de l'électricité distribuée en petites quantités, car la production à l'échelle des services publics sera un défi. Par exemple, contrôler la taille des gouttelettes et la température du système pour maintenir les réactions uniformes et éviter d'endommager les catalyseurs sera plus difficile dans les grands systèmes.
Schmidt dit qu'il ne se concentre pas sur la commercialisation de la technique actuelle. Son prochain objectif est de développer le système pour travailler avec des sources de déchets de biomasse. Un jour, il pourrait être possible d'utiliser un tel système pour produire de l'électricité à partir de tontes de gazon.