Des chercheurs de l’université de Toronto développent une pile à combustible capable de transformer le dioxyde de carbone en éléments chimiques utilisables en industrie. Ce dispositif amélioré serait 10 fois plus efficace que les versions précédentes.
Les piles à combustible transforment les produits chimiques en électricité. Une équipe d’ingénieurs de l’Université de Toronto réalise l’opération inverse : fabriquer des produits chimiques précieux à partir de déchets de carbone (CO2) en exploitant l’électricité.
« Pendant des décennies, des chercheurs talentueux ont développé des systèmes qui convertissent l’électricité en hydrogène et vice-versa », explique le professeur Ted Sargent, l’un des scientifiques du projet. « Notre innovation s’appuie sur cet héritage, mais en utilisant des molécules à base de carbone, nous pouvons nous connecter directement à l’infrastructure d’hydrocarbures existante » résume-t-il.
Une pile qui pourrait booster la production de l’éthylène
Avec leur invention, les chercheurs de l’université de Toronto espèrent générer des éléments utiles à l’industrie, en particulier de l’éthylène. « L’éthylène est l’un des produits chimiques les plus produits au monde », explique Joshua Wicks, un autre membre de l’équipe. « Il est utilisé pour fabriquer tout, de l’antigel au mobilier de jardin. Aujourd’hui, il est dérivé de combustibles fossiles, mais si nous pouvions le faire en valorisant le CO2, cela fournirait une nouvelle incitation économique pour capturer le carbone », a-t-il précisé.
La production de l’éthylène par électrolyse se pratique depuis longtemps. Mais elle reste insuffisante pour concurrencer celle issue des combustibles fossiles. Pour les chercheurs, le défi réside dans la capacité du dispositif à accélérer cette réaction.
Selon un autre membre du projet, le professeur Adnan Ozden, « la réaction nécessite trois choses : le CO2 ; les ions hydrogène, qui proviennent de l’eau liquide ; et les électrons, transmis à travers un catalyseur métallique. Rassembler rapidement ces trois éléments différents – en particulier le CO2 – est un défi, et c’est ce qui limite la vitesse de la réaction ».
Encore loin de l’objectif de milliers d’heures nécessaires
Pour résoudre ce problème, l’équipe de scientifiques utilise un composé chimique appelé « Nafion », couramment utilisé dans la réalisation des membranes des piles à combustible. « Nous avons découvert qu’un certain arrangement de Nafion peut faciliter le transport de gaz tels que le CO2 », indique pour sa part Garcia de Arquer. Il ajoute : « Notre conception permet aux réactifs gazeux d’atteindre la surface du catalyseur assez rapidement et de manière suffisamment distribuée pour augmenter considérablement la vitesse de réaction ». L’équipe affirme ainsi être parvenue à transformer du CO2 en éthylène dix fois plus vite qu’auparavant.
Cependant, c’est encore loin de l’objectif de milliers d’heures qui seraient nécessaires pour une application industrielle. Ceci dit, si l’initiative aboutissait, elle permettrait aussi la production d’autres composés utiles comme l’éthanol.
Une opportunité pour décarboner notre économie
La capacité de produire des combustibles, des matériaux de construction et d’autres produits d’une manière neutre en carbone représente une étape importante vers la réduction de notre dépendance aux combustibles fossiles.
« Même si nous cessons d’utiliser le pétrole pour l’énergie, nous aurons toujours besoin de toutes ces molécules », souligne García de Arquer. D’après lui, « Si nous pouvons les produire en utilisant des déchets de CO2 et des énergies renouvelables, nous pouvons avoir un impact majeur en termes de décarbonisation de notre économie ».