Le charbon n'est pas seulement un combustible important pour la production d'électricité dans la région du Rhin. L'industrie chimique utilise également le charbon pour produire des composés essentiels vitaux. Mais une fois que le charbon sera éliminé, ces matériaux devront provenir d'autres sources renouvelables. L'un d'eux est le monoxyde de carbone, également appelé CO, qui est nécessaire à la formation d'acide acétique et de divers polymères.
Conversion électrochimique du dioxyde de carbone en monoxyde de carbone
Pour cela, les chercheurs du Forschungszentrum Jülich développent une technologie respectueuse de l'environnement et basée sur les énergies renouvelables. gaz à effet de serre CO2 Il est converti électrochimiquement en monoxyde de carbone, qui est utilisé comme combustible. Surmontant maintenant un obstacle majeur, les chercheurs ont créé une pile de cellules évolutive pour des applications à grande échelle.
L'étude fait partie du projet de transformation structurelle iNEW, qui vise à utiliser des processus basés sur les énergies renouvelables pour promouvoir la croissance et le maintien de l'emploi dans la région du Rhin.
"L'industrie produit généralement du CO localement à grande échelle. Il est difficile à transporter car c'est un gaz toxique et hautement inflammable », explique Maximilian Quentmeier, étudiant diplômé au Centre de recherche sur l'énergie et le climat de Jülich (IEK-9). Généralement, ce gaz est produit en brûlant du charbon avec une alimentation en oxygène insuffisante.
Mais à mesure que le charbon sera éliminé, de nouvelles procédures seront nécessaires pour le remplacer. Le CO continuera d'être essentiel en tant que produit chimique essentiel à l'avenir. Entre autres, il est nécessaire à la création de polycarbonates et de polyuréthanes, qui sont utilisés, par exemple, pour produire des panneaux isolants et des verres de lunettes.
Maximilian Quentmeier, CO avec le patron Bernhard Schmid2Il travaille sur une procédure connue sous le nom d'"électrolyse au CO". La méthode utilise un dispositif connu sous le nom d'électrode à diffusion de gaz, qui a une électrode poreuse à côté d'un électrolyte liquide ou solide à l'avant et est alimenté en CO2 à l'arrière. L'électrode relie les deux environnements et le courant électrique, entraînant la formation de monoxyde de carbone "vert", CO.
Potentiellement dommageable pour le climat
Cette méthode profite non seulement à l'industrie chimique, mais contribue également à la protection de l'environnement. « Les usines d'électrolyse au CO2 fonctionneront de manière climatiquement neutre si elles sont alimentées par des énergies renouvelables. Il pourrait même être climatiquement neutre si le dioxyde de carbone est obtenu directement de l'environnement, par exemple par la récupération de l'air ou la production de biogaz », ajoute Bernhard Schmid.
En général, la méthode CO atmosphérique2 peut réduire activement sa concentration. Selon Bernhard Schmid, les plastiques renouvelables du futur agiront théoriquement comme un puits de carbone, comme le bois.
Quentmeier et Schmid ont franchi une étape importante sur la voie de la commercialisation. En apportant de nombreuses modifications et en remplaçant des pièces, ils ont pu transformer la cellule unique en un électrolyseur de type discontinu et l'ont testé dans une série de tests de performance. Les résultats ont été récemment publiés dans ACS Sustainable Chemical Engineering.
Les cellules sont empilées étroitement ensemble dans un tas. La production d'une seule grande cellule est plus coûteuse que la production d'un lot de petites cellules. "Il y a plusieurs facteurs à prendre en compte lors de la création d'une pile à partir d'une cellule. Par exemple, les cellules de réaction au gaz ont plusieurs chambres qui ne sont normalement pas prises en charge dans les environnements de laboratoire. Les cellules d'un empilement doivent supporter des contraintes de compression tout en restant perméables », explique Maximilian Quentmeier.
Les chercheurs de Jülich ont optimisé la conception du collecteur de courant électrique et du champ d'écoulement de gaz en supposant des conditions de processus réalistes. La cavité d'électrolyte est structurellement soutenue par un écoulement solide traversant l'électrolyte polymère composé de résine synthétique conductrice ionique au lieu de l'électrolyte liquide conventionnel.
La chambre d'électrolyte entre la membrane et l'anode a également été complètement éliminée par les chercheurs grâce à une conception d'anode innovante. La plaque bipolaire reliant les deux cellules sert de cathode et d'anode de l'empilement, c'est-à-dire les électrodes positive et négative des cellules voisines.
La pile atteint une efficacité de 30 % dans la configuration expérimentale actuelle en utilisant des composants modulaires qui ne sont pas optimisés pour l'efficacité. Président de l'Institut Pr. Rüdiger-A. Eichel déclare : « C'est un résultat très prometteur pour ce type de procédé qui fonctionne déjà en dessous de 100°C.
« L'architecture de l'usine est assez simple par rapport, par exemple, à la co-électrolyse à haute température et produit du CO pur au lieu de gaz de synthèse, ce qui facilite encore plus son traitement pour de nombreuses applications. En conséquence, les entreprises industrielles de la région rhénane peuvent économiser sur les coûts de transport en décentralisant la plate-forme chimique CO. Selon Eichel. La pile de cellules va maintenant subir d'autres recherches et des améliorations d'efficacité pour atteindre le point où elle est entièrement prête pour la production de masse.
Source : techxplore.com/news – Forschungszentrum Juelich
📩 18/03/2023 22:54