Le domaine des e-carburants a pris vie ces dernières années, en partie grâce à l’essor du marché de l’hydrogène vert. Le chaînon manquant est un approvisionnement immédiat en dioxyde de carbone. Divers systèmes terrestres sont en cours pour le capturer depuis les airs, mais une équipe du MIT est sur une solution maritime qui correspond également aux besoins de l’industrie maritime et de la marine américaine.
La marine américaine est en avance sur les carburants électroniques
La marine américaine est toujours à l’affût d’opportunités de réapprovisionnement sur le pouce. Retour en 2009, par exemplemple, CleanTechnica a pris note des travaux de la Marine sur un système embarqué de dessalement d’eau de mer à haut rendement.
En 2012, nous avons remarqué que la Marine travaillait également sur la technologie eau de mer-carburant. Nous avons vérifié à nouveau en 2015. Effectivement, la Marine avait développé un système qui produit simultanément de l’hydrogène et du dioxyde de carbone capturé à partir de l’eau de mer. Ce sont les ingrédients des e-carburants liquides. La Marine a breveté son appareil à hydrogène plus carbone un an plus tard, en 2016.
« Avec tous les ingrédients pour fabriquer du carburant synthétique à portée de main, la Marine prévoit de pouvoir produire pratiquement tout type de carburant dont elle a besoin à partir de l’eau de mer. Outre le carburéacteur JP-5, cela comprend le GNL et le GNC, ainsi que le carburant polyvalent F-76 », avons-nous écrit.
Plus tôt cette année, l’US Naval Institute a également publié un article qui a exploré l’utilisation de l’hydrogène récoltable pour une utilisation dans les opérations expéditionnaires en mer et terrestres. Il ne s’agissait pas d’hydrogène conventionnel produit à partir de gaz naturel. Ils signifiaient de l’hydrogène vert poussé à partir de l’eau dans un système d’électrolyse alimenté par le vent, le soleil ou d’autres sources d’énergie renouvelables.
« Le carburant récolté présente de nombreux avantages militaires », ont observé les auteurs. « Stratégiquement, cela réduit la dépendance aux importations de carburant et réduit les risques de perturbations de la chaîne d’approvisionnement. La récolte de l’hydrogène réduit la charge opérationnelle du transport du carburant et, tactiquement, réduit la queue logistique visible des unités amies.
E-carburants des sept mers
Le domaine des e-carburants a mis du temps à décoller dans les premières années de l’administration Obama. À cette époque, l’accent était mis sur les biocarburants et l’utilisation de systèmes biologiques pour produire des carburants renouvelables. Cela a commencé à changer lorsque la baisse du coût des énergies renouvelables a ouvert la voie de l’électrolyse.
La croissance de l’industrie éolienne offshore a, pour ainsi dire, ajouté de l’huile sur le feu. Les parcs éoliens offshore commencent à se superposer aux systèmes d’électrolyseurs pour produire de l’hydrogène vert en mer. L’hydrogène peut être acheminé vers le rivage ou chargé directement sur les navires.
Alors que la Marine martèle son système de combinaison, le flot d’activité dans la production d’hydrogène vert offshore suggère une opportunité de produire des e-carburants à partir de systèmes de capture de carbone en mer, et c’est là qu’interviennent les nouvelles recherches du MIT.
La semaine dernière, Nouvelles du MIT a publié un article sur le nouveau système, décrit dans une étude réalisée par l’équipe des professeurs T. Alan Hatton et Kripa Varanasi, le postdoc Seoni Kim et les étudiants diplômés Michael Nitzsche, Simon Rufer et Jack Lake, sous le titre « Chlorure asymétrique- processus électrochimique médiatisé pour l’élimination du CO2 de l’eau de mer.
L’étude a été publiée la semaine dernière dans la revue Sciences de l’énergie et de l’environnement. « Ces dernières années, l’océan est devenu un réservoir mondial de CO2 atmosphérique », explique l’équipe du MIT. « L’élimination du CO2 de l’eau de mer est donc considérée comme une approche convaincante pour réduire les concentrations ambiantes de CO2 et potentiellement atteindre des émissions nettes négatives. »
L’électrolyse est un moyen d’extraire le dioxyde de carbone de l’eau de mer. Comme l’explique Chandler, écrivain du MIT, dans le Nouvelles du MIT article, la séquence classique consiste à convertir les bicarbonates en dioxyde de carbone, qui est ensuite aspiré.
L’équipe du MIT a proposé un processus à deux cellules cyclique plus économe en énergie qui évite les membranes coûteuses et les excès de produits chimiques.
« … nous rapportons un système électrochimique asymétrique utilisant des électrodes de bismuth et d’argent qui peuvent capturer et libérer des ions chlorure par des réactions faradiques lors de l’application de tensions de cellule appropriées », explique l’équipe, ajoutant que le système « peut être mis à profit pour éliminer efficacement le CO2 de l’eau de mer sans membranes bipolaires coûteuses.
L’eau acidifiée du système MIT est reconvertie en alcaline avant d’être rejetée en mer. Le projet a reçu un prix de 650 000 $ du bureau de financement des technologies énergétiques de pointe du ministère de l’Énergie, ARPA-E, qui observe que « l’approche électro-swing de type batterie ne nécessite pas de membranes coûteuses ni d’ajout de produits chimiques, est facile à déployer, et ne conduit pas à la formation de sous-produits.
« Des configurations d’électrodes innovantes seront utilisées pour réduire le transport global et les résistances électriques tout en permettant de traiter efficacement de grandes quantités d’eau », ajoute ARPA-E. « Des procédés de capture de CO2 relativement compacts avec une faible énergie prometteuse, alimentés par des ressources solaires ou éoliennes renouvelables, pourraient être assemblés pour être déployés sur des plates-formes ou des cargos. »
Alors… Qu’en est-il de la capture directe du carbone dans l’air ?
Les acteurs de l’énergie fossile ont présenté la capture directe du carbone dans l’air comme un outil efficace d’action climatique, mais l’équipe du MIT souligne que l’eau de mer fait déjà le gros du travail de capture du carbone, en capturant le carbone. Les systèmes de capture du carbone dans l’air ambiant doivent capturer le carbone avant que quoi que ce soit d’autre puisse avoir lieu.
« … la concentration de dioxyde de carbone dans l’eau de mer est plus de 100 fois supérieure à ce qu’elle est dans l’air », note Chandler. Il cite le professeur Hatton, qui a déclaré que « les océans sont de grands puits de carbone… donc l’étape de capture a déjà été faite pour vous ».
L’équipe du MIT prévient que leur système devrait atteindre une échelle difficile à manier au niveau mondial afin d’avoir un impact significatif sur la décarbonisation globale des océans. Cependant, le système pourrait être utilisé pour atténuer les apports d’acide sur des sites ciblés, y compris les fermes piscicoles et d’autres sites d’aquaculture ainsi que les opérations d’énergie fossile offshore.
Les auteurs plaident également en faveur de l’ajout de leur système à des installations de dessalement d’eau de mer existantes ou de sa fixation sur des cargos.
Du carbone, du carbone partout
Ne soyez pas trop excité pour l’instant. L’équipe du MIT est toujours en train de bricoler le système pour améliorer l’efficacité. Surmonter la croissance minérale dans la cellule d’alcalinisation est également un travail en cours, mais ils s’attendent à ce qu’un système de démonstration soit opérationnel dans environ deux ans.
Au moment d’écrire ces lignes, l’équipe prévoit que son système de capture du carbone dépassera facilement la capacité de production des acteurs des carburants électroniques et d’autres marchés. Ils présument qu’une quantité importante devra être enfouie dans des formations souterraines.
Cependant, au moment où leur système sera prêt pour une exploitation commerciale, ils pourraient être agréablement surpris de constater que peu ou pas de carbone capturé est transféré sous terre.
Outre l’intérêt croissant pour les e-carburants, l’utilisation du carbone capturé dans les biens de consommation prend également de l’ampleur. La liste des produits fabriqués avec du carbone recyclé comprend des bouteilles en plastique, des polaires, des parfums, des tissus, des lunettes, de la vodka, etc.
L’opposition locale aux nouvelles opérations de transport et de stockage du carbone jette un autre obstacle sur la voie de la capture et de la séquestration du carbone.
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Image (recadrée): Système de capture du dioxyde de carbone de l’eau de mer avec l’aimable autorisation des chercheurs via MIT News.
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