Micro-gouttelettes : la clé invisible de notre avenir énergétique propre

Les micro-gouttelettes pourraient être la clé d’un avenir énergétique propre, selon le nouveau projet DROPLETS de l’Institut Beckman pour la science et la technologie avancées. En emballant les réactions électrochimiques dans des formats plus petits que la normale, les chercheurs interdisciplinaires visent à produire de l’hydrogène propre, à séquestrer le dioxyde de carbone et à stocker les énergies renouvelables comme le vent et le solaire de manière économique et durable.

Le projet DROPLETS

Le projet DROPLETS a reçu 4,5 millions de dollars du Bureau des sciences du Département américain de l’énergie dans le cadre de son initiative Energy Earthshots.

« Si nous faisons cela correctement, nous établirons une base pour notre avenir énergétique propre », a indiqué le chef de projet Joaquín Rodríguez-López, professeur de chimie à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et chercheur à l’Institut Beckman pour la science et la technologie avancées.

Le professeur Rodríguez-López a déjà utilisé l’électrochimie pour capturer le dioxyde de carbone dans l’atmosphère, recycler les plastiques et concevoir des batteries pour stocker l’énergie renouvelable. Aujourd’hui, il concentre sa science électrifiée sur l’initiative Energy Earthshots, un programme du Département américain de l’énergie créé pour éliminer les émissions nettes de carbone d’ici 2050 et rendre l’énergie renouvelable utilisable et accessible à plus d’Américains dans la prochaine décennie.

L’initiative Energy Earthshots

L’initiative soutient des projets qui abordent des domaines spécifiques de défis énergétiques propres appelés Earthshots.

Fin septembre, le DOE a annoncé la distribution de 264 millions de dollars à travers 29 projets : 18 équipes universitaires comme celle de Rodríguez-López ont reçu un total de 69,1 millions de dollars grâce à l’annonce de financement pour les fondations scientifiques pour Energy Earthshots, et 11 centres de recherche Energy Earthshot dirigés par des laboratoires nationaux ont reçu collectivement 195 millions de dollars.

La proposition de Rodríguez-López

La proposition de Rodríguez-López, qui a obtenu 4,5 millions de dollars, croise trois Earthshots axés sur l’élargissement du marché de l’hydrogène propre (Hydrogen Shot) ; permettant un stockage d’énergie à long terme à faible coût (Long-Duration Storage Shot) ; et soutenant les efforts pour capturer le dioxyde de carbone par le gigatonne, une unité équivalente à l’utilisation annuelle d’électricité de 182 millions de foyers américains (Carbon Negative Shot).

Cette solution est également invisible à l’œil nu. Le projet réinvente les réactions électrochimiques utilisées pour promouvoir l’énergie propre (par exemple, la division de l’eau pour générer de l’hydrogène). En général, ces réactions se déroulent dans un seul bécher et sont tributaires d’un réacteur électrochimique et de son assortiment de matériel encombrant.

Pour Rodríguez-López, penser en dehors du réacteur signifie décentraliser la réaction. Sa variation sur la configuration classique d’un seul bécher implique de faire fonctionner plusieurs réactions simultanément dans des micro-gouttelettes à base d’eau – comme des meubles de bistro éparpillés en alternative artistique à une seule table à manger.

En synthèse

Les applications pratiques de DROPLETS sont variées. L’hydrogène propre, par exemple, peut être utilisé pour créer des piles à combustible, qui alimentent les voitures et les bus (et, selon le DOE, les camions lourds) tout en ne produisant que de la chaleur et de l’eau. Les batteries à flux basées sur l’électricité pourraient aider à stocker l’énergie éolienne et solaire de manière économique au-delà des limites d’une seule tempête de vent ou d’un samedi ensoleillé.

Les techniques de capture du carbone non seulement extrairont le polluant de l’atmosphère, mais le «mettront à profit» en l’intégrant dans des composés à base de carbone, a déclaré Rodríguez-López.

« C’est un projet risqué, mais la récompense sera grande », a-t-il déclaré. « Nous avons des chercheurs très intelligents, des étudiants très intelligents, et des post-doctorants très intelligents, et cela signifie que nous avons une chance – un Earthshot. »

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que le projet DROPLETS ?

Le projet DROPLETS est une initiative de l’Institut Beckman pour la science et la technologie avancées qui vise à produire de l’hydrogène propre, à séquestrer le dioxyde de carbone et à stocker les énergies renouvelables de manière économique et durable en utilisant des réactions électrochimiques dans des micro-gouttelettes.

2. Qu’est-ce que l’initiative Energy Earthshots ?

L’initiative Energy Earthshots est un programme du Département américain de l’énergie créé pour éliminer les émissions nettes de carbone d’ici 2050 et rendre l’énergie renouvelable utilisable et accessible à plus d’Américains dans la prochaine décennie.

3. Comment le projet DROPLETS contribue-t-il à l’initiative Energy Earthshots ?

Ce projet qui a reçu 4,5 millions de dollars de financement, croise trois Earthshots axés sur l’élargissement du marché de l’hydrogène propre, permettant un stockage d’énergie à long terme à faible coût, et soutenant les efforts pour capturer le dioxyde de carbone par le gigatonne.

4. Comment fonctionne le projet DROPLETS ?

Il réinvente les réactions électrochimiques utilisées pour promouvoir l’énergie propre en les faisant fonctionner simultanément dans des micro-gouttelettes à base d’eau, plutôt que dans un seul réacteur électrochimique.

5. Quelles sont les applications pratiques du projet DROPLETS ?

Les applications pratiques de DROPLETS sont variées. L’hydrogène propre peut être utilisé pour créer des piles à combustible, les batteries à flux basées sur l’électricité pourraient aider à stocker l’énergie éolienne et solaire de manière économique, et les techniques de capture du carbone pourraient extraire le polluant de l’atmosphère et l’intégrer dans des composés à base de carbone.

Source : Institut Beckman pour la science et la technologie avancées, Département américain de l’énergie

Membres de l’équipe DROPLETS. Rangée du haut, de gauche à droite : Lisa Olshansky, Paul Kenis et Joaquín Rodríguez-López. Rangée assise, de gauche à droite : Charles Schroeder et Qian Chen. Credit : Beckman Communications Office