A breakthrough discovery in carbon capture conversion for ethylene production

Une équipe de chercheurs dirigée par Meenesh Singh de l’Université de l’Illinois à Chicago a découvert un moyen de convertir 100 % du dioxyde de carbone capturé par les gaz d’échappement industriels en éthylène, un composant clé des produits en plastique.

Leurs conclusions sont publiées dans Rapports de Cellule Sciences Physiques.

Bien que les chercheurs aient exploré la possibilité de convertir le dioxyde de carbone en éthylène pendant plus d’une décennie, l’approche de l’équipe de l’UIC est la première à atteindre une utilisation de près de 100 % du dioxyde de carbone pour produire des hydrocarbures. Leur système utilise l’électrolyse pour transformer le gaz carbonique capturé en éthylène de haute pureté, avec d’autres combustibles à base de carbone et d’oxygène comme sous-produits.

Le processus peut convertir jusqu’à 6 tonnes métriques de dioxyde de carbone en 1 tonne métrique d’éthylène, recyclant la quasi-totalité du dioxyde de carbone capturé. Parce que le système est alimenté par l’électricité, l’utilisation d’énergie renouvelable peut rendre le processus négatif en carbone.

Selon Singh, l’approche de son équipe dépasse l’objectif de zéro carbone net des autres technologies de capture et de conversion du carbone en réduisant réellement la production totale de dioxyde de carbone de l’industrie. “C’est un net négatif”, a-t-il déclaré. “Pour chaque tonne d’éthylène produite, vous absorbez 6 tonnes de CO_deux provenant de sources ponctuelles qui seraient autrement rejetées dans l’atmosphère.

Les tentatives précédentes pour convertir le dioxyde de carbone en éthylène reposaient sur des réacteurs qui produisent de l’éthylène dans le flux d’émission de dioxyde de carbone de la source. Dans ces cas, aussi peu que 10 % de CO_deux les émissions sont normalement converties en éthylène. Par la suite, l’éthylène doit être séparé du dioxyde de carbone dans un processus énergivore qui implique souvent des combustibles fossiles.

Dans l’approche UIC, un courant électrique traverse une cellule dont la moitié est remplie de dioxyde de carbone capturé, l’autre moitié d’une solution à base d’eau. Un catalyseur électrifié attire les atomes d’hydrogène chargés des molécules d’eau vers l’autre moitié de l’unité séparée par membrane, où ils se combinent avec les atomes de carbone chargés des molécules de dioxyde de carbone pour former de l’éthylène.

Parmi les produits chimiques fabriqués dans le monde, l’éthylène se classe au troisième rang des émissions de carbone après l’ammoniac et le ciment. L’éthylène est utilisé non seulement pour créer des produits en plastique pour les industries de l’emballage, de l’agriculture et de l’automobile, mais aussi pour produire des produits chimiques utilisés dans l’antigel, les stérilisateurs médicaux et les revêtements en vinyle pour les maisons.

L’éthylène est généralement produit dans un processus appelé vapocraquage qui nécessite d’énormes quantités de chaleur. Le craquage génère environ 1,5 tonne métrique d’émissions de carbone par tonne d’éthylène créée. En moyenne, les fabricants produisent environ 160 millions de tonnes d’éthylène chaque année, créant plus de 260 millions de tonnes d’émissions de dioxyde de carbone dans le monde.

En plus de l’éthylène, les scientifiques de l’UIC ont pu produire d’autres produits riches en carbone utiles pour l’industrie grâce à leur approche d’électrolyse. Ils ont également atteint une efficacité de conversion de l’énergie solaire très élevée, convertissant 10 % de l’énergie des panneaux solaires directement en production de produits à base de carbone. C’est bien au-dessus de la norme de dernière génération de 2 %. Pour tout l’éthylène qu’ils produisaient, le rendement de conversion de l’énergie solaire était d’environ 4 %, soit à peu près le même taux que la photosynthèse.