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Innovation : une cellule électrochimique transforme le dioxyde de carbone en électricité

Carbone_électricité_photo_clive_Howard_CornwellMalgré la progression des énergies renouvelables, le nombre de centrales thermiques en activité et en projet à l’heure actuelle reste très important à l’échelle internationale et impose la mise en œuvre de technologies de purification des fumées. Les techniques de captage du CO2 apparaissent comme les moyens les plus efficaces et pourraient même devenir des solutions incontournables au regard des derniers progrès accomplis aux Etats-Unis. Une équipe de recherche de l’université de Cornell dans l’Etat de New-York a mis au point une cellule électrochimique capable de capturer et d’exploiter le dioxyde de carbone dans la production d’électricité.

Des cellules électrochimiques à base d’aluminium et d’oxygène

L’équipe du professeur Lynden Archer, chercheur en chimie et génie biomoléculaire à l’université de Cornell, a développé une cellule capable de transformer le dioxyde de carbone (CO2) en éléments chimiques utiles tout en générant une quantité substantielle d’électricité. Si le concept de cellule électrochimique dans ce type de recherche n’est pas nouveau, ces scientifiques se démarquent ici par les matériaux utilisés et la mise à profit du CO2 dans la production d’énergie.

Dans la plupart des modèles précédents, les cellules fonctionnaient à base d’éléments rares comme le lithium, le sodium ou le magnésium en guise d’anode (l’électrode où a lieu une réaction électrochimique d’oxydation), et produisaient des carbonates sans aucune utilité. Présentée dans la revue scientifique Science Advances, la principale innovation des chercheurs de Cornell a consisté ici à utiliser de l’aluminium ainsi qu’un mélange d’oxygène et de dioxyde de carbone dans le rôle de l’ingrédient actif de la cathode.

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Le processus qui s’ensuit a pour résultat de séquestrer le dioxyde de carbone et de le transformer en oxalate d’aluminium, tout en produisant de l’électricité. La cellule électrochimique est en effet capable de générer 13 ampères-heures pour chaque gramme de CO2 capturé, soit une intensité équivalente à celle des batteries développées actuellement. De son côté, l’oxalate d’aluminium obtenu peut être transformé en un acide oxalique d’une grande utilité industrielle appelé également sel d’oseille. « Un procédé capable de convertir le CO2 dans une molécule plus réactif tel qu’un oxalate qui contient deux atomes de carbone, ouvre une cascade de processus de réaction qui peuvent être utilisés pour synthétiser une variété de produits », explique Lynden Archer.

Un dispositif autosuffisant adapté aux véhicules hybrides

Moins cher à produire, l’aluminium étant une ressource abondante et moins coûteuse que d’autres matériaux potentiels (lithium, sodium), ce dispositif permet d’envisager le développement de systèmes de stockage de CO2 autonomes.

« Le fait que nous ayons conçu une technologie de capture du carbone qui génère également de l’électricité est important. L’un des obstacles à l’adoption de la technologie de capture du CO2 actuelle dans les centrales électriques est que la régénération des fluides utilisés consomme plus de 25 % de la production d’énergie de l’usine. Cela limite sérieusement la viabilité commerciale de cette technologie. En outre, le CO2 capturé doit être transporté vers des sites où il peut être séquestré ou réutilisé, ce qui nécessite une nouvelle infrastructure », explique Lynden Archer.

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Mais avant d’être développée dans l’industrie, cette technique devra toutefois gagner en stabilité et s’affranchir de sa sensibilité à l’humidité. L’eau rend en effet ces cellules inopérantes, un inconvénient de poids dans des usines et centrales électriques où l’humidité est récurrente. Les travaux en cours se penchent donc sur les performances de systèmes électrochimiques et d’électrolytes moins sensibles à l’eau, et sur les différentes applications concrètes de ce dispositif. Ces chercheurs américains envisagent notamment de mettre au point un modèle adapté aux véhicules hybrides permettant de réduire toujours plus leur bilan carbone.

 

Crédits photo : Clive Howard – Cornell

Rédigé par : lucas-goal

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