La nouvelle installation de KIT produit du carbone de haute technologie à partir de l’air
Dans le débat sur le changement climatique et les causes du réchauffement climatique, les émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles, comme dans les centrales électriques ou les processus de production industrielle, figurent en tête de liste des pollueurs. Dioxyde de carbone (CO2) constitue la part du lion de ce que l’on appelle l’effet de serre. Afin de ralentir les changements climatiques associés et d’éviter la crise climatique qui en résulte, la science et l’industrie mettent déjà en place plusieurs étapes : d’une part, l’évitement et la réduction des émissions, et d’autre part, le stockage du dioxyde de carbone dans le sol.
Dans la nouvelle installation de l’Institut de technologie de Karlsruher (KIT) en Allemagne, une approche unique au monde est développée : Extraction de l’excès de CO2 de l’air et le convertir en carbone solide comme matière première utilisable pour des applications industrielles. Le procédé développé dans le cadre du projet de recherche NECOC (Negative Carbon Dioxide to Carbon), en collaboration avec des partenaires industriels, associe émissions négatives et production de matières premières de haute technologie.
Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) suggère d’éliminer et de stocker de manière permanente le CO déjà émis2 dans l’atmosphère pour atteindre l’objectif de 1,5 degré fixé pour une augmentation de la température d’ici 2030. « Nous devons trouver des solutions technologiques complètement nouvelles si nous voulons maintenir la production industrielle », déclare le Dr Benjamin Dietrich du KIT Institute of Thermal Process Engineering (TVT). « Cela inclut l’approvisionnement en carbone industriel. Le carbone est nécessaire pour la production de batteries, de matériaux de construction, de couleurs et dans le secteur agricole. Jusqu’à présent, il provient en grande partie de sources fossiles.
Dans le projet de recherche NECOC, coordonné par Dietrich, les partenaires associés KIT, INERATEC et Climeworks développent un procédé de conversion du CO2 de l’atmosphère en carbone. « Si ce carbone reste définitivement lié, nous réussissons à combiner les émissions négatives avec une composante de l’approvisionnement en ressources post-fossil dans le cadre d’une future stratégie de gestion du carbone. Cela représente une double contribution à un avenir durable », Dietrich explique.
En fonctionnement continu, l’installation de la première phase du projet élimine près de deux kilogrammes de CO2 de l’air ambiant chaque jour et l’utilise pour produire 0,5 kg de carbone solide. Le processus NECOC combine trois étapes de processus : Dans la première étape, le CO2 est séparé de l’air ambiant (Direct Air Capture) à l’aide d’un adsorbeur.
Dans la deuxième étape, le CO2 est déplacé vers un réacteur microstructuré, où il réagit avec de l’hydrogène produit de manière durable à partir d’un électrolyseur connecté. Ses composants, le carbone et l’oxygène forment de nouvelles liaisons, et le CO2 devient maintenant du méthane et de l’eau.
L’eau retourne dans l’électrolyseur et le méthane avec sa composante carbonée continue de s’écouler dans un réacteur à étain liquide. Dans la troisième étape du processus, la réaction de pyrolyse se déroule dans des bulles montantes et les molécules de méthane sont divisées. Cela produit de l’hydrogène, qui est à nouveau utilisé pour séparer le CO2 Dans le processus.
La seule partie restante est le carbone, qui flotte sur l’étain sous forme de micro-granulés qui peuvent être retirés mécaniquement régulièrement. La modification des paramètres de processus comme le niveau de température permet la production de différentes modifications du carbone comme le graphite, le noir de carbone ou même le graphène.
Le démarrage de l’installation d’essai est une étape importante pour le projet NECOC, ainsi que la fin de la première phase de financement. Dans la deuxième phase, le processus doit être mis à l’échelle et optimisé pour l’expansion. « Nous prévoyons de rendre la procédure plus économe en énergie en améliorant la récupération d’énergie de la chaleur du procédé », déclare le directeur du projet, le Dr Leonid Stoppel du Laboratoire des métaux liquides de Karlsruhe (KALLA). « Nous envisageons également une intégration des stockages de chaleur à haute température et du chauffage solaire direct. »
De plus, l’intégration du CO2 sources ponctuelles, nouvelles approches d’extraction du CO2 de l’air, et l’influence des composants traces et des impuretés dans le réseau de processus sur la qualité du carbone doivent être étudiées.