Le formiate : le carburant du futur issu du CO2 ?

Dans le monde entier, des recherches sont en cours pour trouver des moyens d’extraire le dioxyde de carbone de l’air ou des émissions des centrales électriques et de le transformer en quelque chose d’utile. Une des idées les plus prometteuses est de le transformer en un carburant stable qui peut remplacer les combustibles fossiles dans certaines applications.

La plupart de ces processus de conversion ont eu des problèmes de faible efficacité en carbone, ou ils produisent des carburants qui peuvent être difficiles à manipuler, toxiques ou inflammables.

Aujourd’hui, des chercheurs du MIT et de l’Université Harvard ont développé un processus efficace qui peut convertir le dioxyde de carbone en formiate, un matériau liquide ou solide qui peut être utilisé comme l’hydrogène ou le méthanol pour alimenter une pile à combustible et générer de l’électricité.

Un processus de conversion innovant

Le formiate de potassium ou de sodium, déjà produit à l’échelle industrielle et couramment utilisé comme déglaçant pour les routes et les trottoirs, est non toxique, non inflammable, facile à stocker et à transporter, et peut rester stable dans des réservoirs en acier ordinaire pour être utilisé des mois, voire des années, après sa production.

Le nouveau processus, développé par les doctorants du MIT Zhen Zhang, Zhichu Ren et Alexander H. Quinn, le doctorant de l’Université Harvard Dawei Xi, et le professeur du MIT Ju Li, est décrit dans la revue Cell Press Physical Sciences.

Une efficacité remarquable

Le processus entier – y compris la capture et la conversion électrochimique du gaz en une poudre de formiate solide, qui est ensuite utilisée dans une pile à combustible pour produire de l’électricité – a été démontré à une petite échelle de laboratoire. Les chercheurs s’attendent à ce qu’il soit modulable afin qu’il puisse fournir de la chaleur et de l’énergie sans émissions pour les maisons individuelles et même être utilisé dans des applications industrielles ou à l’échelle du réseau.

Par contraste, le nouveau processus atteint une conversion de bien plus de 90% et élimine le besoin de l’étape de chauffage inefficace en convertissant d’abord le dioxyde de carbone en une forme intermédiaire, le bicarbonate de métal liquide. Ce liquide est ensuite converti électro-chimiquement en formiate de potassium ou de sodium liquide dans un électrolyseur qui utilise de l’électricité à faible teneur en carbone, par exemple l’énergie nucléaire, éolienne ou solaire.

En synthèse

La solution de formiate de potassium ou de sodium hautement concentrée produite peut ensuite être séchée, par exemple par évaporation solaire, pour produire une poudre solide qui est très stable et peut être stockée dans des réservoirs en acier ordinaire pendant des années, voire des décennies, résume Ju Li. Plusieurs étapes d’optimisation développées par l’équipe ont fait toute la différence pour transformer un processus de conversion chimique inefficace en une solution pratique.

Le formiate, en revanche, est largement utilisé et considéré comme non toxique, selon les normes de sécurité nationales. Plusieurs améliorations expliquent l’efficacité grandement améliorée de ce processus. Tout d’abord, une conception soignée des matériaux de la membrane et de leur configuration surmonte un problème que les tentatives précédentes à un tel système ont rencontré, où une accumulation de certains sous-produits chimiques change le pH, provoquant une perte d’efficacité du système au fil du temps.

En conclusion, ce nouveau processus de conversion du dioxyde de carbone en formiate présente un potentiel considérable pour la production d’énergie propre et durable. Il reste à voir comment cette technologie sera mise en œuvre à grande échelle, mais les premiers résultats sont très prometteurs.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le formiate ?

Le formiate est un matériau liquide ou solide qui peut être utilisé comme l’hydrogène ou le méthanol pour alimenter une pile à combustible et générer de l’électricité. Le formiate de potassium ou de sodium est non toxique, non inflammable, facile à stocker et à transporter, et peut rester stable dans des réservoirs en acier ordinaire pendant des mois, voire des années, après sa production.

Qui a développé ce nouveau processus de conversion du CO2 en formiate ?

Ce processus a été développé par des chercheurs du MIT et de l’Université Harvard, notamment les doctorants du MIT Zhen Zhang, Zhichu Ren et Alexander H. Quinn, le doctorant de l’Université Harvard Dawei Xi, et le professeur du MIT Ju Li.

Comment fonctionne ce processus de conversion ?

Le processus entier, y compris la capture et la conversion électrochimique du gaz en une poudre de formiate solide, a été démontré à une petite échelle de laboratoire. Le dioxyde de carbone est d’abord converti en une forme intermédiaire, le bicarbonate de métal liquide. Ce liquide est ensuite converti électrochimiquement en formiate de potassium ou de sodium liquide dans un électrolyseur qui utilise de l’électricité à faible teneur en carbone.

Quelle est l’efficacité de ce processus ?

Le nouveau processus atteint une conversion de bien plus de 90% et élimine le besoin de l’étape de chauffage inefficace présente dans d’autres approches de conversion du dioxyde de carbone en carburant.

Quelles sont les applications potentielles de ce processus ?

Les chercheurs s’attendent à ce que ce processus soit scalable afin qu’il puisse fournir de la chaleur et de l’énergie sans émissions pour les maisons individuelles et même être utilisé dans des applications industrielles ou à l’échelle du réseau.

Légende illustration principale : Un schéma montre le processus de fabrication du formiate.En haut à gauche, on voit un ménage alimenté par la pile à combustible à formiate direct, le formiate étant stocké dans le réservoir souterrain. Au milieu, on voit la pile à combustible qui exploite le formiate pour fournir de l’électricité. En bas à droite, l’électrolyseur qui convertit le bicarbonate en formiate. Image : Shuhan Miao, Harvard Graduate School of Designc

Article : « A carbon-efficient bicarbonate electrolyzer » – DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101662 

Article adapté du contenu de l’auteur : by David L. Chandler, MIT News Office