Selon des chercheurs de l’Université du Michigan, une étape coûteuse dans le processus consistant à convertir les émissions de dioxyde de carbone en produits utiles tels que des biocarburants et des produits pharmaceutiques n’est peut-être pas nécessaire.
Le papier est publié dans la revue Sciences de l’environnement : Nano.
Le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère terrestre est un facteur clé du changement climatique, la combustion de combustibles fossiles représentant 90 % de toutes les émissions de CO2. Les nouvelles réglementations de l’EPA introduites en avril appellent les centrales à combustibles fossiles à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre de 90 % d’ici 2039.
De nombreux chercheurs soutiennent que stocker ce CO2 serait un gaspillage alors que le carbone est nécessaire à la fabrication de nombreux produits dont nous dépendons quotidiennement, tels que les vêtements, les parfums, le carburéacteur, le béton et le plastique. Mais le recyclage du CO2 nécessite généralement qu’il soit séparé des autres gaz, un processus dont le prix peut être prohibitif.
Désormais, de nouveaux types d’électrodes, renforcées par un revêtement de bactéries, peuvent sauter cette étape. Alors que les électrodes métalliques conventionnelles réagissent avec le soufre, l’oxygène et d’autres composants de l’air et des gaz de combustion, les bactéries y semblent moins sensibles.
« Les microbes présents sur ces électrodes, ou biocatalyseurs, peuvent utiliser de plus petites concentrations de CO2 et semblent plus robustes en termes de gestion des impuretés par rapport aux électrodes utilisant des catalyseurs métalliques », a déclaré Joshua Jack, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l’UM, et premier auteur de l’article en couverture de Environmental Science Nano.
« Les plates-formes qui utilisent des métaux semblent être beaucoup plus sensibles aux impuretés et nécessitent souvent des concentrations de CO2 plus élevées pour fonctionner. Ainsi, si vous vouliez extraire le CO2 directement des émissions des centrales électriques, le catalyseur biotique pourrait le faire avec un nettoyage minimal des émissions. ce gaz. »
Le CO2 étant l’une des molécules les plus stables, extraire le carbone de l’oxygène nécessite beaucoup d’énergie, fournie sous forme d’électricité. Par exemple, les électrodes métalliques enlèvent l’un des atomes d’oxygène, ce qui produit du monoxyde de carbone, qui peut être introduit dans d’autres réactions pour fabriquer des produits chimiques utiles. Mais d’autres molécules peuvent également réagir avec ces électrons.
Les microbes, en revanche, peuvent être beaucoup plus ciblés. Non seulement ils travaillent ensemble pour éliminer l’oxygène, mais avec l’aide des électrons fournis par l’électrode, ils commencent également à transformer le carbone en molécules plus complexes.
Pour évaluer les économies potentielles liées à l’utilisation de biocatalyseurs pour éviter l’étape de séparation des gaz, l’équipe de Jack a analysé les données d’études précédentes, établissant des taux d’efficacité pour la conversion de différents gaz résiduaires contenant du CO2. Ils ont ensuite utilisé ces données pour évaluer l’empreinte carbone et les coûts de production de divers produits dérivés du CO2.
Les résultats ont montré que l’utilisation d’électricité renouvelable, comme les cellules solaires, avec une source de CO2 concentrée, sans séparation des gaz, permet d’obtenir la plus faible empreinte carbone et les produits les plus compétitifs.
Mais ce scénario idéal n’est possible que pour des sources de CO2 particulièrement propres et concentrées, comme celles provenant de la fermentation dans les usines de bioéthanol. La séparation du CO2 des gaz de combustion lors des opérations de combustion de combustibles fossiles peut coûter entre 40 et 100 dollars par tonne de CO2. Et pour les sources exceptionnellement diluées telles que l’air ordinaire, le coût peut atteindre 300 à 1 000 dollars la tonne.
L’analyse a montré qu’en utilisant directement les gaz résiduaires ou l’air, le recyclage du CO2 provenant de sources diluées pourrait devenir économiquement viable.
« Notre espoir est d’accélérer l’évolutivité des technologies de conversion du CO2 pour atténuer le changement climatique et améliorer la circularité du carbone », a déclaré Jack. « Nous voulons décarboniser rapidement l’énergie et maintenant même l’industrie chimique, dans un délai beaucoup plus rapide. »
Plus d’information:
Joshua Jack et al, Valorisation électrifiée du CO2 dans les nanotechnologies émergentes : une analyse technique de la pureté des matières premières gazeuses et des nanomatériaux dans la conversion électrocatalytique et bio-électrocatalytique du CO2, Sciences de l’environnement : Nano (2024). DOI : 10.1039/D3EN00912B