Les ingénieurs développent un processus efficace pour produire du carburant à partir de dioxyde de carbone

Des recherches sont menées partout dans le monde pour trouver des moyens d’extraire le dioxyde de carbone de l’air ou des gaz d’échappement des centrales électriques, puis de le transformer en quelque selected d’utile. Une idée prometteuse serait d’en faire un flamable strong qui pourrait remplacer les combustibles fossiles dans certaines programs. Mais los angeles plupart de ces processus de conversion ont rencontré des problèmes de faible efficacité carbone ou produisent un carburant qui peut être difficile à manipuler, toxique ou inflammable.

Aujourd’hui, des chercheurs du MIT et de l’Université Harvard ont développé un processus efficace permettant de convertir le dioxyde de carbone en formiate, une substance liquide ou solide qui peut être utilisée comme l’hydrogène ou le méthanol pour alimenter une pile à flamable et produire de l’électricité. Le formiate de potassium ou de sodium, déjà produit à l’échelle industrielle et couramment utilisé comme dégivreur pour les routes et les trottoirs, est non toxique, ininflammable, facile à stocker et à transporter et peut rester strong dans des réservoirs en acier ordinaires pendant utiliser pendant des mois, voire des années. , après sa manufacturing.

Le nouveau processus, développé par les doctorants du MIT Chen Zhang, Zhizhou Ren et Alexander H. Quinn, le doctorant de Harvard Dawei Shi et le professeur Gu Li du MIT, est décrit cette semaine dans los angeles revue Rapports cellulaires Sciences physiques.

L’ensemble du processus – y compris los angeles seize du gaz et sa conversion électrochimique en poudre de formiate solide, qui est ensuite utilisée dans une pile à flamable pour produire de l’électricité – a été démontré à petite échelle en laboratoire. Cependant, les chercheurs s’attendent à ce qu’il soit si évolutif qu’il puisse fournir de los angeles chaleur et de l’électricité sans émissions aux maisons individuelles et même être utilisé dans des programs industrielles ou à l’échelle du réseau.

Lee explique que d’autres méthodes de conversion du dioxyde de carbone en carburant impliquent généralement un processus en deux étapes : d’abord, le gaz est chimiquement capturé et converti en une forme solide telle que le carbonate de calcium, et ce matériau est ensuite chauffé pour expulser et convertir le dioxyde de carbone. Pour alimenter une matière première telle que le monoxyde de carbone. L. a. deuxième étape a une très faible efficacité, explique Lee, convertissant généralement moins de 20 % du dioxyde de carbone gazeux en produit souhaité.

En revanche, le nouveau procédé atteint un taux de conversion de plus de 90 pour cent et élimine le besoin d’une 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 électrochimiquement en potassium ou formiate de sodium liquide dans un électrolyseur utilisant une électricité à faible teneur en carbone, par exemple nucléaire, éolienne ou solaire.

L. a. resolution liquide de potassium ou de formiate de sodium hautement concentrée qui en résulte peut ensuite être séchée, par exemple par évaporation solaire, pour produire une poudre solide très strong qui peut être stockée dans des réservoirs en acier ordinaires pendant des années, voire des décennies, explique Lee.

De nombreuses étapes d’optimisation développées par l’équipe ont fait une grande différence en transformant un processus de conversion chimique inefficace en une resolution pratique, explique Lee, qui occupe des postes conjoints dans les départements de science et d’ingénierie nucléaires et de science et d’ingénierie des matériaux.

Le processus de captage et de conversion du carbone implique d’abord une seize à base de resolution alcaline qui concentre le dioxyde de carbone, soit à partir de flux concentrés tels que les émissions des centrales électriques, soit à partir de resources à très faible focus, même l’air extérieur, sous forme de bicarbonate minéral liquide. Resolution. Ensuite, grâce à l’utilisation d’un électrolyseur à membrane échangeuse de cations, ce bicarbonate est chimiquement converti en cristaux de formiate solide avec une efficacité de carbonisation de plus de 96 pour cent, comme l’ont confirmé les expériences en laboratoire de l’équipe.

Ces cristaux ont une durée de conservation indéfinie et restent si stables qu’ils peuvent être stockés pendant des années, voire des décennies, avec peu ou pas de perte. En comparaison, même les réservoirs de stockage d’hydrogène les plus pratiques disponibles permettent au gaz de s’échapper à un taux d’environ 1 % par jour, ce qui exclut toute utilisation qui nécessiterait un an de stockage, explique Lee.

Le méthanol, une autre selection largement explorée pour convertir le dioxyde de carbone en carburant pouvant être utilisé dans les piles à flamable, est une substance toxique qui ne peut pas être facilement adaptée pour être utilisée dans des eventualities où une fuite pourrait présenter un risque pour los angeles santé. En revanche, le formiate est largement utilisé et considéré comme inoffensif, selon les normes nationales de sécurité.

Plusieurs améliorations représentent une amélioration significative de l’efficacité de ce processus. Premièrement, los angeles conception et los angeles composition soignées des matériaux de los angeles membrane résolvent un problème rencontré lors des tentatives précédentes d’un tel système, où l’accumulation de certains sous-produits chimiques modifiait le pH, entraînant une perte constante d’efficacité du système au fil du temps. « Traditionnellement, il est difficile de parvenir à une conversion à lengthy terme, strong et proceed des matières premières », explique Zhang. “L. a. clé de notre système est d’atteindre l’équilibre du pH jusqu’à une conversion à l’état strong.”

Pour y parvenir, les chercheurs ont réalisé un modèle thermodynamique pour concevoir le nouveau procédé de manière à ce qu’il soit chimiquement équilibré et que le pH reste consistent sans changement d’acidité au fil du temps. Il peut donc continuer à fonctionner efficacement sur de longues périodes. Lors de leurs exams, le système a fonctionné pendant plus de 200 heures sans baisse significative de los angeles manufacturing. L’ensemble du processus peut être réalisé à des températures ambiantes et à des pressions relativement basses (environ cinq fois los angeles pression atmosphérique).

Un autre problème était que des réactions secondaires indésirables produisaient d’autres produits chimiques qui n’étaient pas utiles, mais l’équipe a découvert un moyen de prévenir ces réactions secondaires en introduisant une couche « isolante » supplémentaire de laine de fibre de verre enrichie en bicarbonate qui empêchait ces réactions.

L’équipe a également construit une pile à flamable spécialement optimisée pour utiliser du formiate pour produire de l’électricité. Les molécules de formiate stockées sont simplement dissoutes dans l’eau et pompées dans los angeles pile à flamable selon les besoins. Bien que le flamable solide soit beaucoup plus lourd que l’hydrogène pur, lorsque l’on prend en compte le poids et le quantity des réservoirs de gaz à haute pression nécessaires au stockage de l’hydrogène, le résultat ultimate est une manufacturing d’électricité proche de los angeles moyenne pour un quantity de stockage donné, Lee dit.

Selon les chercheurs, le carburant formiate pourrait être adapté à tout, depuis les unités de taille domestique jusqu’aux utilisations industrielles à grande échelle ou aux systèmes de stockage à l’échelle du réseau. Les premières programs domestiques peuvent inclure une unité d’électrolyseur de los angeles taille d’un réfrigérateur pour capturer et convertir le dioxyde de carbone en formiate, qui peut être stocké dans un réservoir souterrain ou sur le toit.

Ensuite, si nécessaire, los angeles poudre solide est mélangée à de l’eau et introduite dans une pile à flamable pour fournir de l’énergie et de los angeles chaleur. “C’est pour des démonstrations communautaires ou domestiques, mais nous pensons que cela pourrait également être une bonne selected à l’avenir pour les usines ou le réseau”, explique Zhang.

Cette histoire a été republiée grâce à MIT Information (internet.mit.edu/newsoffice/), un web page populaire couvrant l’actualité de los angeles recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.