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L’avenir de l’électrolyse du CO2 : comment convertir les gaz résiduaires en produits chimiques utiles ?
Face au défi du changement climatique mondial, la communauté scientifique recherche diverses technologies innovantes pour réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) émises par les activités industrielles. La réduction électrolytique du dioxyde de carbone (CO2RR) est une technologie émergente qui vise à utiliser l’électricité pour convertir le CO2 en une variété de produits chimiques utiles, un processus qui pourrait devenir un élément important de la capture et de l’utilisation du carbone (CCU).
Selon les dernières recherches, le CO2RR peut non seulement produire des composés tels que l'acide formique (HCOO-), le monoxyde de carbone (CO), le méthane (CH4), l'éthylène (C2H4) et l'éthanol (C2H5OH), mais également fournir aux entreprises des parcours quasi neutres en carbone et adaptés. Le développement de cette technologie a attiré l’attention de nombreuses entreprises, dont Siemens, Dioxide Materials, Twelve et GIGKarasek, et est entré dans la phase pilote en 2021.
« Les principaux défis sont le coût relativement élevé de l’électricité et le fait que le CO2 est souvent mélangé à de l’oxygène, qui doit être purifié avant réduction. »
L’histoire de la réduction électrolytique du dioxyde de carbone remonte au 19e siècle, lorsque des cathodes de zinc étaient utilisées pour réduire le CO2 en monoxyde de carbone. Cependant, la recherche s’est accélérée dans les années 1980 avec l’impact de l’embargo pétrolier des années 1970. Plusieurs systèmes d’électrolyseurs avancés sont en cours de développement, capables de capturer le CO2 directement de l’air ou d’utiliser des bases fortes et des absorbants à base d’amines pour extraire le CO2 et réaliser un processus de réduction avec une consommation d’énergie relativement faible.
Dans ce processus, le choix du catalyseur est crucial. Différents catalyseurs métalliques ont des sélectivités différentes pour produire différents produits. Par exemple, les catalyseurs au cuivre peuvent produire une variété de produits réduits tels que le méthane, l’éthylène ou l’éthanol, tandis que d’autres comme l’étain ou le bismuth préfèrent produire de l’acide formique. Dans l’industrie, certains produits chimiques, comme l’urée et le méthanol, sont déjà produits en utilisant le dioxyde de carbone comme matière première.
Potentiel d’extraction de produits chimiques à partir du CO2« La composition du catalyseur est cruciale pour les performances de l'électrolyte, et l'électrode à diffusion de gaz est considérée comme la clé pour améliorer la productivité. »
Lors de la photosynthèse, les plantes sont capables de convertir le dioxyde de carbone en sucres, qui fournissent la matière première pour de nombreuses voies de biosynthèse. Toutefois, certains défis subsistent en matière d’adoption industrielle. Aujourd’hui, de nombreuses technologies basées sur la réduction électrolytique ne sont pas encore commercialisées, notamment les cellules électrolytiques fonctionnant à température ambiante, qui nécessitent encore de nouvelles avancées technologiques. Au lieu de cela, les électrolyseurs à oxyde solide (SOEC) sont capables de convertir efficacement le CO2 en CO à des températures élevées et sont disponibles dans le commerce.
L’attrait de la technologie de réduction par électrolyse réside dans sa capacité à être combinée à l’énergie renouvelable pour réduire les émissions de carbone et contribuer à atteindre un développement durable. Certaines technologies peuvent fonctionner dans des conditions ambiantes, ce qui signifie que l’expansion et le réglage sont plus faciles qu’avec les usines chimiques traditionnelles. Actuellement, l’objectif ultime de la réduction électrolytique du dioxyde de carbone est de le convertir en produits chimiques de plus grande valeur tels que l’éthylène et ses dérivés.
« Produire le bon catalyseur et contrôler les conditions de réaction seront essentiels pour faire progresser l'application de la technologie de réduction électrolytique du CO2. »
Bien qu’il existe encore certains défis techniques dans la réduction électrolytique du dioxyde de carbone, son potentiel de développement futur ne peut être ignoré. Alors que l’accent mis sur les énergies renouvelables et les objectifs de neutralité carbone s’intensifie, de plus en plus d’entreprises sont susceptibles de commencer à explorer le potentiel de cette technologie, et on s’attend à ce que davantage de produits soient fabriqués industriellement à l’aide de cette technologie dans un avenir proche.
Dans cette tendance, comment devrions-nous participer activement et promouvoir la réduction électrolytique du dioxyde de carbone pour qu’elle devienne la technologie de base pour la production de produits chimiques durables à l’avenir ?
