Le besoin d’une technologie capable de capturer, d’éliminer et de réutiliser le dioxyde de carbone se renforce avec chaque molécule de CO2 qui atteint l’atmosphère terrestre. Pour répondre à ce besoin, les scientifiques du Laboratoire countrywide du nord-ouest du Pacifique du ministère de l’Énergie ont franchi une nouvelle étape dans leurs endeavours pour rendre la seize du carbone as well as abordable et as well as répandue. Ils ont créé un nouveau système qui seize efficacement le CO2 – le moins coûteux à ce jour – et le convertit en l’un des produits chimiques les in addition utilisés au monde : le méthanol.
Attraper le CO2 avant qu’il ne flotte dans l’atmosphère est un élément clé du ralentissement du réchauffement climatique. La création d’incitations pour que les in addition grands émetteurs adoptent la technologie de capture du carbone est cependant un précurseur important. Le coût élevé de la technologie de seize commerciale est un impediment de longue date à son utilisation généralisée.
Les scientifiques du PNNL pensent que le méthanol peut fournir cette incitation. Il a de nombreuses utilisations comme carburant, solvant et ingrédient crucial dans les plastiques, la peinture, les matériaux de development et les pièces cars. La conversion du CO2 en substances utiles comme le méthanol offre aux entités industrielles la possibilité de capturer et de réutiliser leur carbone.
Le chimiste du PNNL David Heldebrant, qui dirige l’équipe de recherche à l’origine de la nouvelle technologie, examine le système au recyclage. Tout comme on peut choisir entre des matériaux à usage one of a kind et recyclables, on peut aussi recycler le carbone.
“C’est essentiellement ce que nous essayons de faire ici”, a déclaré Heldebrant. “Au lieu d’extraire du pétrole du sol pour fabriquer ces produits chimiques, nous essayons de le faire à partir de CO2 capturé dans l’atmosphère ou dans des centrales au charbon, afin qu’il puisse être reconstitué en choses utiles. Vous maintenez le carbone en vie, pour ainsi dire, il ne s’agit donc pas simplement de “le retirer du sol, de l’utiliser une fois et de le jeter”. Nous essayons de recycler le CO2, un peu comme nous essayons de recycler d’autres choses comme le verre, l’aluminium et les plastiques.”
Comme décrit dans la revue Highly developed Strength Products, le nouveau système est conçu pour s’intégrer dans les centrales électriques au charbon, au gaz ou à la biomasse, ainsi que dans les fours à ciment et les aciéries. À l’aide d’un solvant de seize développé par PNNL, le système capte les molécules de CO2 avant qu’elles ne soient émises, puis les convertit en substances utiles et vendables.
Une longue file de dominos doit tomber avant que le carbone puisse être complètement éliminé ou entièrement empêché de pénétrer dans l’atmosphère terrestre. Cet effort – diffuser la technologie de seize et de conversion dans le monde – représente certaines des premières tuiles cruciales.
Le déploiement de cette technologie réduira les émissions, a déclaré Heldebrant. Mais cela pourrait également contribuer à stimuler le développement d’autres systems de seize du carbone et à établir un marché pour les matériaux contenant du CO2. Avec un tel marché en location, le carbone saisi par les technologies anticipées de captage immediate de l’air pourrait être mieux reconstitué en matériaux à furthermore longue durée de vie.
L’appel à un captage du carbone moins cher
En avril 2022, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a publié son rapport du Groupe de travail III axé sur l’atténuation du changement climatique. Parmi les mesures de limitation des émissions décrites, le captage et le stockage du carbone ont été cités comme un élément nécessaire pour atteindre des émissions nettes nulles, en particulier dans les secteurs difficiles à décarboner, comme la sidérurgie et la output chimique.
“La réduction des émissions dans l’industrie impliquera une utilisation in addition efficace des matériaux, la réutilisation et le recyclage des produits et la réduction des déchets”, a déclaré le GIEC dans un communiqué de presse publié en même temps que l’une des tranches 2022 du rapport. “Afin d’atteindre des émissions nettes de CO2 nulles pour le carbone nécessaire à la société (par exemple, les plastiques, le bois, les carburants d’aviation, les solvants, etcetera.)”, indique le rapport, “il est crucial de fermer les boucles d’utilisation du carbone et du dioxyde de carbone grâce à une circularité accrue avec un recyclage mécanique et chimique.”
La recherche du PNNL se concentre sur cela, en alignement avec le Carbon Detrimental Shot du DOE. En utilisant de l’hydrogène de source renouvelable dans la conversion, l’équipe peut produire du méthanol avec une empreinte carbone furthermore faible que les méthodes conventionnelles qui utilisent le gaz naturel comme matière première. Le méthanol produit par la conversion du CO2 pourrait bénéficier d’incitations politiques et commerciales destinées à favoriser l’adoption de technologies de réduction du carbone.
Le méthanol est l’un des produits chimiques les plus produits en volume. Connu sous le nom de “matériau de plate-forme”, ses utilisations sont très variées. En additionally du méthanol, l’équipe peut convertir le CO2 en formiate (un autre produit chimique de base), en méthane et en d’autres substances.
Une quantité importante de travail reste à optimiser et à faire évoluer ce processus, et il faudra peut-être plusieurs années avant qu’il ne soit prêt pour un déploiement commercial. Mais, a déclaré Casie Davidson, responsable du secteur du marché de la gestion du carbone et de l’énergie fossile de PNNL, le remplacement des produits chimiques conventionnels n’est que le début. “L’approche intégrée de l’équipe ouvre un monde de nouvelle chimie de conversion du CO2. On a le sentiment que nous nous tenons au seuil d’un tout nouveau domaine de technologie carbone évolutive et rentable. C’est une période très excitante.”
Coûts en ruine
Les systèmes commerciaux absorbent le carbone des gaz de combustion à environ 46 $ par tonne métrique de CO2, selon une analyse du DOE. L’objectif de l’équipe du PNNL est de réduire continuellement les coûts en rendant le processus de seize additionally efficace et économiquement compétitif.
L’équipe a ramené le coût de seize à 47,10 $ par tonne métrique de CO2 en 2021. Une nouvelle étude décrite dans le Journal of Cleaner Manufacturing explore le coût de fonctionnement du système de méthanol à l’aide de différents solvants de seize développés par le PNNL, et ce chiffre a maintenant chuté. à un peu moins de 39 $ par tonne métrique de CO2.
“Nous avons examiné trois solvants liant le CO2 dans cette nouvelle étude”, a déclaré l’ingénieur chimiste Yuan Jiang, qui a dirigé l’évaluation. “Nous avons constaté qu’ils captent as well as de 90 % du carbone qui les traverse, et ils le font pour environ 75 % du coût de la technologie de capture traditionnelle.”
Différents systèmes peuvent être utilisés selon la nature de l’usine ou du 4. Mais, quelle que soit la configuration, les solvants sont essentiels. Dans ces systèmes, les solvants lavent les gaz de combustion riches en CO2 avant qu’ils ne soient émis, laissant derrière eux des molécules de CO2 désormais liées à ce liquide.
La création de méthanol à partir de CO2 n’est pas nouvelle. Mais la capacité à la fois de capturer le carbone et de le convertir en méthanol dans un système à écoulement continu l’est. La capture et la conversion se sont traditionnellement produites en deux étapes distinctes, séparées par la chimie exclusive et souvent non complémentaire de chaque processus.
“Nous veillons enfin à ce qu’une seule technologie puisse faire les deux étapes et les faire bien”, a déclaré Heldebrant, ajoutant que la technologie de conversion traditionnelle nécessite généralement du CO2 hautement purifié. Le nouveau système est le leading à créer du méthanol à partir de CO2 “sale”.
Réduire les émissions de demain
Le processus de capture du CO2 et de sa conversion en méthanol n’est pas négatif en CO2. Le carbone du méthanol est libéré lorsqu’il est brûlé ou séquestré lorsque le méthanol est converti en substances ayant une durée de vie as well as longue. Mais cette technologie “prépare le terrain”, a déclaré Heldebrant, pour le travail significant consistant à maintenir le carbone lié à l’intérieur du matériau et hors de l’atmosphère.
D’autres matériaux cibles comprennent les polyuréthanes, que l’on trouve dans les adhésifs, les revêtements et les mousses isolantes, et les polyesters, qui sont largement utilisés dans les tissus pour textiles. Une fois que les chercheurs auront finalisé la chimie derrière la conversion du CO2 en matériaux qui le maintiennent hors de l’atmosphère pour des échelles de temps pertinentes pour le climat, un huge réseau de systèmes de capture pourrait être prêt à exécuter de telles réactions.
Au lieu des cheminées d’aujourd’hui, Heldebrant envisage des raffineries de CO2 construites dans ou à côté des centrales électriques, où des produits contenant du CO2 peuvent être fabriqués sur area. « Nous sommes à un tournant », ont écrit Heldebrant et ses coauteurs dans un récent post publié dans la revue Chemical Science, « où nous pouvons continuer à utiliser l’infrastructure monolithique de seize et de conversion du 20e siècle ou nous pouvons commencer la transition vers un nouveau 21e paradigme du siècle des systems intégrées de captage et de conversion du carbone à foundation de solvants.
Cette technologie est disponible sous licence. Veuillez contacter Sara Hunt, responsable de la commercialisation PNNL, pour en savoir additionally.
Ce travail a été soutenu par le Fonds de commercialisation des technologies du Département de l’énergie, le Bureau de l’énergie fossile et de la gestion du carbone et Southern California Gas. Une partie du travail a été effectuée à l’EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l’environnement, une set up utilisateur du Bureau des sciences du DOE au PNNL.