Recycler le dioxyde de carbone de l'océan

Centrales électriques flottantes

4 juin 2019 | CORNELIA ZOGG

D'immenses îlots solaires flottants sur l'océan qui produisent suffisamment d'énergie pour permettre un trafic de marchandises mondial neutre en CO2 - ce qui ressemble à de la "science-fiction" - des chercheurs de l'ETH Zurich, du Paul Scherrer Institute (PSI), de l'Empa, des universités de Zurich, Berne et l’NTNU à Trondheim l’ont maintenant simulé pour la première fois, comme ils le décrivent dans le dernier numéro du magazine "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS).

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Les îles solaires flottantes pourraient ressembler à ceci. Sur le navire à gauche se trouvent toutes les ins-tallations nécessaires à la production de méthanol. Visualisation : Novaton

Papier, métaux, verre - le monde recycle autant que possible. Alors pourquoi ne pas déclarer le gaz à effet de serre dioxyde de carbone (CO2) comme un produit recyclable ? Car les combustibles liquides à base de carbone continueront à jouer un rôle important à l'avenir - malgré les efforts internationaux pour les réduire. Il semble donc judicieux de récupérer le CO2 excrété dans l'environnement et de l'utiliser à nouveau.

Des chercheurs de l'ETH Zurich, du PSI et des universités de Zurich, Berne et Norvège (NTNU), ainsi qu'une équipe de l'Empa, ont mis en chiffre cette idée et montrent dans leur étude que les îlots de méthanol solaire pourraient produire à long terme suffisamment de carburant pour que toute mobilité dans le monde soit neutre en CO2. Au milieu des océans, l'hydrogène (H2) doit être produit à partir de l'énergie solaire (et de l'eau), qui est ensuite convertie sur place en méthanol à partir du CO2 extrait de l'eau de mer. A cette fin, les chercheurs ont analysé en détail un scénario qui semble encore purement hypothétique, mais qui fournit déjà la base de planification pour une éventuelle mise en œuvre. Ils ont récemment présenté leurs résultats dans la revue "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS).

Du soleil à l'électricité en passant par l'hydrogène et le méthanol
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Au lieu de toits de maisons, l'océan pourrait bientôt servir d'emplacement pour les panneaux solaires. Photo : Empa

L'idée est basée sur des îlots solaires, c'est-à-dire des plates-formes flottantes équipées de systèmes photovoltaïques. Cependant, comme l'énergie solaire ne peut être stockée et transportée à partir de là que dans de mauvaises conditions, une centrale solaire en mer n'a aucun sens. Cependant, le méthanol liquide (CH3OH) ainsi que le méthane gazeux (CH4) peuvent être produits à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène. L'idée des chercheurs est que les matières premières peuvent être obtenues directement de l'océan ou y être produites.

Il existe déjà de grandes installations de conversion de l'hydrogène et du CO2 en carburant, dont la plate-forme de démonstration "move" sur le campus de l'Empa à Dübendorf (voir encadré). La question se pose donc : pourquoi impliquer la mer ? Pourquoi ne pas, comme le font les usines existantes, extraire le CO2 de l'air ? La réponse est simple : l'espace requis pour un approvisionnement mondial en carburant serait énorme. "Une surface d'environ 170 000 km2 serait nécessaire pour répondre à la demande annuelle de transport mondial de marchandises", explique Andreas Borgschulte du département Advanced Analytical Technologies de l'Empa. Le meilleur moyen d'y parvenir serait d'utiliser des systèmes d'énergie solaire en mer, une zone inutilisée qui n'appartient à personne. Le CO2 peut également être extrait de l'air en mer, mais une alternative attrayante serait d'utiliser la concentration en CO2 environ 125 fois plus concentré de l'eau de mer pour la "récolte du dioxyde de carbone".

Plus de possibilités pour le méthanol

Dans les installations existantes, le CO2 extrait de l'atmosphère est principalement utilisé pour produire du méthane, ce qui serait également possible sur les îles solaires. Cependant, au cours de leurs réflexions, les chercheurs ont décidé de produire un combustible liquide parce qu'il est plus facile à transporter. En outre, le méthanol peut être utilisé non seulement comme carburant, mais aussi pour fabriquer d'autres produits chimiques, tels que des précurseurs pour la production de polymères. Les possibilités de son utilisation (et les bénéfices qu'on peut en tirer) sont donc beaucoup plus grandes.

Cependant, une telle "île de méthanol" a son prix : la construction d'une telle usine chimique sur l'océan coûterait environ 90 millions de dollars US. Il s'agirait d'environ 70 îles photovoltaïques d'un diamètre d'environ 100 m2 et d'un navire équipé d'installations d'électrolyse et de synthèse. Il en résulterait une superficie totale d'environ 550 000 m2. Mais une seule grappe est loin d'être suffisante pour atteindre un bilan de CO2 nul. Au total, 170 000 îles de ce type seraient nécessaires pour recycler autant de CO2 que ce qui est actuellement émis - un objectif utopique, mais qui mérite d'être poursuivi. "De grandes idées sont nécessaires - les solutions actuelles ne fournissent que de l’énergie localement, mais pas pour le reste du monde ", déclare Borgschulte.

Comment stocker l'électricité sur de plus longues périodes - "puissance-gaz" et "puissance-liquide"
L'Empa étudie depuis longtemps la possibilité de stocker l'électricité à partir de ressources renouvelables, mais aussi de la transformer en combustible liquide ou gazeux. Le campus de l'Empa à Dübendorf abrite également la plate-forme de démonstration "move". Là, l'électricité solaire est convertie en hydrogène à l'aide de l'électrolyse afin de ravitailler les véhicules à hydrogène avec de l'hydrogène. Le gaz naturel synthétique, qui est utilisé dans les véhicules au gaz naturel, y est également produit. Andreas Borgschulte, chercheur à l'Empa, et son équipe travaillent à l'amélioration de ces technologies. Plus informations ici.
Information
PD Dr. Andreas Borgschulte
Advanced Analytical Technologies
Tél. +41 58 765 46 39

Rédaction / Contact médias
Cornelia Zogg
Communication
Tél. +41 58 765 44 54

Literature

BD Patterson, F Mo, A Borschulte, M Hillestad, F Joos, T Kristiansen, S Sunde, JA van Bokhoven; Renewable CO2 recycling and synthetic fuel production in a marine environment; 2019; PNAS; DOI


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