Avec le plasma, éliminer les produits chimiques nocifs

Les réfrigérants connus sous le nom d’hydrofluorocarbures (HFC) font partie des gaz à effet de serre les plus courants et les plus nocifs, et il est difficile de s’en débarrasser. Une équipe de chercheurs a découvert un moyen efficace et efficient de décomposer ces produits chimiques en les exposant à un plasma. Portable et accessible, cette méthode pourrait empêcher des gigatonnes d’émissions nocives d’entrer dans l’atmosphère.

Pourquoi est-ce important ?

Pour donner une idée de la puissance de ces gaz, le professeur Lea Winter souligne qu’un réservoir des HFC les plus puissants équivaut au dioxyde de carbone (CO₂) qui serait généré par la combustion de plus de 4 000 réservoirs d’essence, soit environ la quantité de CO₂ qui pourrait être éliminée par 9 000 arbres. « Il s’agit donc d’un enjeu majeur sur lequel nous pourrions avoir un impact considérable », a déclaré Mme Winter, professeure adjointe en génie chimique et environnemental. 

Le problème

Actuellement, les HFC sont détruits dans des installations à haute température intensive. Cependant, en raison de permis stricts et d’autres facteurs, le nombre de ces installations est très limité dans le monde. Le transport de ces gaz vers une installation est souvent peu pratique et augmente le risque qu’ils s’échappent dans l’atmosphère pendant le trajet. De plus, le transport des HFC au-delà de certaines frontières est interdit. Il reste donc peu d’options pour gérer ces gaz de manière responsable. En conséquence, les HFC usagés sont souvent rejetés illégalement dans l’atmosphère, en particulier dans les régions éloignées ou dans les pays en développement. 

La solution

« Nous utilisons un plasma à basse température pour activer les fortes liaisons carbone-fluor inerte dans les HFC », explique Winter, qui dirige la recherche. « Ce sont les mêmes liaisons chimiques qui font des PFAS des produits chimiques éternels. »

Mais il y a quelques défis, note Winter. L’un est qu’en utilisant le plasma sur ces gaz, on risque de produire de l’acide fluorhydrique hautement toxique. Un autre est que des recherches antérieures ont montré que l’utilisation du plasma pour la réparation des HFC peut être inefficace et générer des sous-produits.

« Nous voulions trouver un moyen de rendre le plasma plus efficace pour dégrader les HFC tout en neutralisant l’acide fluorhydrique dans un processus intrinsèquement sûr », déclare-t-elle. Ils y sont parvenus en couplant le plasma avec une interface aqueuse de sorte que le plasma se décharge directement dans l’eau (« c’est comme de petits éclairs frappant la surface de l’eau », explique Winter).

Au départ, ils ont incorporé de l’eau pour des raisons de sécurité, mais ils ont découvert que l’eau et d’autres oxydants amélioraient en fait le taux de conversion des HFC. En conséquence, le système utilise la chimie plasma directe en phase gazeuse, ainsi que des réactions supplémentaires qui se produisent dans le liquide pour dégrader et défluorer davantage les HFC. Le processus transforme le fluor présent dans les HFC en fluorure, un ion stable et chargé négativement.

« Lorsque le fluor se détache des HFC, il est immédiatement neutralisé sous forme de fluorure », a-t-elle déclaré. « Au lieu de produire de l’acide fluorhydrique, plus nocif, nous produisons un produit qui s’apparente davantage à un bain de bouche. »

En plus d’être économe en énergie et d’offrir un taux de conversion très élevé, le système est portable, ce qui permet de l’utiliser potentiellement sur les sites des équipements de refroidissement et des réservoirs de stockage. Cela élimine la nécessité de transporter les HFC sur de longues distances.

À l’avenir, le laboratoire de Mme Winter poursuivra ses recherches sur les effets de la combinaison eau-plasma.

« Sur le plan scientifique, nous voulons mieux comprendre comment se déroule ce processus de dégradation », explique-t-elle. « Nous allons donc nous pencher sur l’électrochimie fondamentale des solutions plasma. Ces connaissances pourraient s’avérer importantes pour un large éventail d’applications. »

Source : Yale Engineering