Les scientifiques dévoilent le système de capture du carbone le moins coûteux à ce jour

Le besoin d’une technologie capable de capturer, d’éliminer et de recycler le dioxyde de carbone augmente avec le CO2 une molécule qui atteint l’atmosphère terrestre. Pour répondre à ce besoin, les scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory du Département de l’énergie ont franchi une nouvelle étape dans leurs efforts pour rendre la capture du carbone abordable et généralisée. Ils ont développé un nouveau système de captage du CO2 – moins cher que jamais – et se transforme en l’un des produits chimiques les plus utilisés au monde : le méthanol.

Captage du CO2 avant qu’il ne flotte dans l’atmosphère est un élément important de la réduction du réchauffement climatique. Cependant, créer des incitations pour que les grands émetteurs adoptent la technologie de capture du carbone est un prélude important. Le coût élevé de la technologie de capture d’entreprise a longtemps été un obstacle à son utilisation généralisée.

Les scientifiques du PNNL pensent que le méthanol peut fournir ce stimulus. Il a de nombreuses utilisations comme carburant, solvant et ingrédient important dans les plastiques, les peintures, les matériaux de construction et les pièces automobiles. Changement CO2 dans des matériaux précieux tels que le méthanol donne aux entreprises industrielles la possibilité de capturer et de réutiliser leur carbone.

Le chimiste du PNNL David Heldebrant, qui dirige l’équipe de recherche à l’origine de la nouvelle technologie, compare le processus au recyclage. Tout comme nous pouvons choisir entre des matériaux jetables et réutilisables, nous pouvons également utiliser du carbone.

“C’est ce que nous essayons de faire ici”, a déclaré Heldebrant. “Au lieu d’extraire le pétrole du sol pour fabriquer ces produits chimiques, nous essayons de les fabriquer à partir de CO2 capté de l’atmosphère ou des centrales électriques au charbon, afin qu’il puisse être transformé en produits utiles. Vous gardez le carbone en vie, il ne s’agit donc pas simplement de “retirez-le du sol, utilisez-le une fois et jetez-le”. Nous essayons de recycler le CO2alors que nous essayons de réutiliser d’autres matériaux tels que le verre, l’aluminium et le plastique. ”

Comme expliqué dans l’analyse Systèmes énergétiques avancés, ce nouveau système est conçu pour équiper les centrales électriques au charbon, au gaz ou à la biomasse, ainsi que les cimenteries et les aciéries. Utilisant un solvant développé par PNNL, le système capte le CO2 molécules avant qu’elles ne soient extraites, puis transformées en produits utiles et commercialisables.

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Une longue file de dominos doit tomber avant que le carbone puisse être complètement éliminé ou complètement empêché de pénétrer dans l’atmosphère terrestre. Cet effort – pour diffuser la technologie pour capturer et changer le monde – représente certaines des premières tuiles importantes.

L’utilisation de cette technologie réduira les émissions, a déclaré Heldebrant. Mais cela pourrait également contribuer à encourager le développement d’autres technologies de captage du carbone et créer un marché du CO2– équipé. Avec un tel marché en place, le carbone capturé par les futurs systèmes de capture directe peut être mieux recyclé en ressources à longue durée de vie.

L’attrait du captage du carbone bon marché

En avril 2022, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a publié le rapport de son troisième groupe de travail sur l’atténuation des changements climatiques. Parmi les mesures de prévention des émissions décrites, le captage et le stockage du carbone sont un facteur nécessaire pour atteindre des émissions nettes nulles, en particulier dans les secteurs difficiles à décarboner, tels que la production d’acier et la chimie.

“La réduction des émissions dans l’industrie impliquera une utilisation plus efficace des matériaux, la réutilisation et le recyclage des produits et la réduction des déchets”, a déclaré le GIEC dans un communiqué de presse publié en même temps que l’une des sections. “Afin d’atteindre le zéro CO net2 Le rapport indique qu'”il est important de fermer les boucles de carbone dont la société a besoin (par exemple, les plastiques, le bois, le carburéacteur, les solvants, etc.)”, dit le rapport, “pour qu’il soit important de fermer la boucle d’utilisation du carbone et du dioxyde de carbone dans l’environnement local en utilisant des machines et en réutilisant des produits chimiques.”

La recherche du PNNL se concentre sur cela, conformément au Carbon Negative Shot du DOE. En utilisant une source renouvelable d’hydrogène dans le processus, l’équipe peut produire du méthanol avec une empreinte carbone plus faible que les méthodes conventionnelles qui utilisent le gaz naturel comme matière première. Le méthanol est produit avec du CO2 le changement peut bénéficier d’incitations politiques et commerciales conçues pour encourager l’adoption de technologies de réduction des émissions de carbone.

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Le méthanol est l’un des produits chimiques les plus largement produits. Il est connu sous le nom de “propriété de plate-forme”, son application est large. En plus du méthanol, le groupe peut convertir le CO2 le formiate (un autre produit chimique de base), le méthane et d’autres substances.

Il reste encore beaucoup de travail à faire pour développer et améliorer ce procédé, et il faudra peut-être plusieurs années avant qu’il ne soit prêt pour un déploiement commercial. Mais, a déclaré Casie Davidson, directrice de la division de la gestion du carbone et des marchés des énergies fossiles du PNNL, le remplacement des produits chimiques conventionnels n’est que le début. “L’approche intégrée de l’équipe ouvre un nouveau monde du CO2 chimie transformationnelle. On a l’impression d’être à l’aube d’une nouvelle frontière dans la technologie du carbone biodégradable et rentable. C’est une période très excitante.”

Dépenses endommagées

Les systèmes commerciaux absorbent le gaz des gaz de combustion à environ 46 $ par tonne de CO2, selon une analyse du DOE. L’objectif de l’équipe PNNL est de continuer à réduire les coûts en rendant le processus d’acquisition plus efficace et économiquement compétitif.

Le groupe a baissé le coût de capture à 47,10 $ par tonne de CO2 en 2021. Une nouvelle étude décrite dans Code de production propre a évalué le coût de fonctionnement d’un système de méthanol utilisant divers solvants capturés par PNNL, et ce chiffre est tombé à 39 $ par tonne métrique de CO.2.

«Nous examinons trois CO2-qui lient les solvants dans cette nouvelle étude », a déclaré l’ingénieur chimiste Yuan Jiang, qui a dirigé l’analyse. « Nous avons découvert qu’ils captent plus de 90 % du carbone qui les traverse, et le font à 75 % du coût des méthodes traditionnelles. . technologie de capture. »

Différentes méthodes peuvent être utilisées selon le type d’installation ou de four. Mais, quelle que soit la disposition, des solvants sont nécessaires. Dans ces systèmes, les solvants éliminent le CO2-les gaz de combustion riches sont d’abord extraits, laissant du CO2 les molécules sont maintenant liées dans ce liquide.

Former du méthanol à partir de CO2 ce n’est pas nouveau. Mais la capacité de capter le carbone et de le convertir en méthanol dans un système à flux continu l’est. La capture et la conversion se produisent généralement en deux étapes distinctes, séparées par la chimie unique et souvent non complémentaire de chaque processus.

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“En fin de compte, nous nous assurons qu’une seule technologie peut faire les deux étapes et le faire bien”, a déclaré Heldebrant, ajoutant que les technologies de conversion traditionnelles nécessitent souvent du CO hautement purifié.2. Le nouveau système est le premier à créer du méthanol à partir de CO “déchet”2.

Réduire les émissions de demain

Comment capter le CO2 et le convertir en méthanol n’est pas du CO2– c’est mauvais. Le carbone du méthanol est libéré lorsqu’il est brûlé ou divisé lorsque le méthanol est converti en produits à longue durée de vie. Mais cette technologie “prépare le terrain”, a déclaré Heldebrant, pour la tâche importante de garder le carbone séquestré dans les matériaux et hors de l’atmosphère.

Les autres matériaux cibles comprennent les polyuréthanes, que l’on trouve dans les adhésifs, les céramiques et les mousses d’imperméabilisation, et les polyesters, qui sont largement utilisés dans les tissus textiles. Une fois que les chercheurs ont terminé la chimie derrière la conversion du CO2 dans un équipement qui l’empêche de quitter l’atmosphère pendant les périodes météorologiques, un vaste réseau d’équipements de capture peut être préparé pour faciliter de telles actions.

Dans les cheminées d’aujourd’hui, Heldebrant voit du CO2 stations d’épuration construites dans ou à proximité de centrales électriques, où le CO2– les produits de vaisselle peuvent être confectionnés sur place. Heldebrant et ses co-auteurs ont écrit dans un article récent publié dans la revue : « Nous sommes à une époque de grands changements. sciences chimiques“Où nous pouvons continuer à utiliser les technologies de capture et de conversion de base du 20e siècle ou nous pouvons commencer la transition vers un nouveau paradigme du 21e siècle de technologies intégrées de capture et de conversion du carbone.”

Cette technologie est disponible sous licence. Veuillez contacter Sara Hunt, responsable marketing PNNL, pour plus d’informations.

Ce travail a été soutenu par le Technology Trade Fund du ministère de l’Énergie, l’Office of Fossil Energy and Carbon Management et Southern California Gas. Une partie du travail a été effectuée à l’EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l’environnement, une installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE au PNNL.

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