Le besoin d’une technologie capable de capturer, d’éliminer et de réutiliser le dioxyde de carbone augmente avec chaque CO.2 Molécule atteignant l’atmosphère terrestre. Pour répondre à ce besoin, les scientifiques du Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du ministère de l’Énergie ont franchi une nouvelle étape dans leurs efforts pour rendre la capture du carbone plus abordable et plus répandue. Ils ont créé un nouveau système qui capte efficacement le CO.2 – le moins cher à ce jour – et en fait l’un des produits chimiques les plus utilisés au monde : le méthanol.
Captage du CO2 C’est une partie importante du ralentissement du réchauffement climatique avant qu’il ne pénètre dans l’atmosphère. Cependant, créer des incitations pour que les grands émetteurs adoptent la technologie de capture du carbone est un précurseur important. Le coût élevé de la technologie de capture commerciale a longtemps été un obstacle à son utilisation généralisée.
Les scientifiques du PNNL pensent que le méthanol peut fournir cette incitation. Il a de nombreuses utilisations comme carburant, solvant et ingrédient clé dans les plastiques, les peintures, les matériaux de construction et les pièces automobiles. Conversion CO22 sa transformation en substances utiles telles que le méthanol offre aux établissements industriels la possibilité de capter 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 système au recyclage. Nous pouvons choisir entre des matériaux jetables et recyclables, ainsi que recycler le carbone.
“C’est essentiellement 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 le fabriquer à partir de CO2.2 Il est extrait de l’atmosphère ou des centrales électriques au charbon afin de pouvoir le transformer en choses utiles. Vous gardez le carbone en vie, pour ainsi dire, le problème n’est pas “de le retirer du sol et de l’utiliser une fois et de le jeter”. Nous essayons de recycler le CO2tout comme nous essayons de recycler d’autres choses comme le verre, l’aluminium et le plastique.
Comme décrit dans la revue Matériaux énergétiques avancésLe nouveau système est conçu pour s’adapter aux centrales électriques au charbon, au gaz ou à la biomasse ainsi qu’aux fours à ciment et aux aciéries. Grâce à un solvant de captage développé par PNNL, le système capte le CO2 des molécules les transforment en substances utiles et commercialisables avant leur diffusion.
Une longue chaîne de dominos doit tomber pour que le carbone soit complètement éliminé ou empêché de pénétrer dans l’atmosphère terrestre. Cet effort visant à diffuser la technologie de capture et de transformation dans le monde représente certaines des premières étapes cruciales.
Heldebrant a déclaré que l’utilisation de cette technologie réduirait les émissions. Mais cela peut également aider à stimuler le développement d’autres technologies de capture du carbone et à créer un marché pour le CO.2– contenant des matériaux. Avec un tel marché en place, le carbone capturé par les technologies anticipées de capture directe de l’air pourrait être mieux emballé dans des matériaux plus durables.
Appel à un captage du carbone moins cher
En avril 2022, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a publié son rapport du Groupe de travail III, qui se concentre sur l’atténuation du changement climatique. Parmi les mesures de limitation des émissions annoncées, le captage et le stockage du carbone ont été cités comme un élément nécessaire pour atteindre des émissions nettes nulles, en particulier dans les secteurs difficiles à décarboner, comme la sidérurgie et la chimie.
“La réduction des émissions de l’industrie comprendra 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 parallèlement à l’un des segments du rapport 2022. “Pour atteindre zéro CO net2 les émissions de carbone nécessaires à la société (par exemple, les plastiques, le bois, les carburants d’aviation, les solvants, etc.)
Les recherches du PNNL se concentrent sur ce point, conformément au Carbon Negative Shot du DOE. En utilisant la source renouvelable d’hydrogène dans la conversion, l’équipe peut produire du méthanol avec une empreinte carbone plus faible que les méthodes traditionnelles utilisant le gaz naturel comme matière première. méthanol produit via le CO2 transformation peut bénéficier d’incitations politiques et commerciales conçues pour encourager l’adoption de technologies de réduction des émissions de carbone.
Le méthanol est l’un des produits chimiques les plus produits en volume. Les domaines d’utilisation dits “matériel de plate-forme” sont larges. En plus du méthanol, l’équipe peut convertir le CO2 le formiate (un autre produit chimique essentiel), le méthane et d’autres substances.
Il y a beaucoup de travail à faire pour optimiser et améliorer ce processus, et cela peut prendre plusieurs années avant qu’il ne soit prêt pour une distribution commerciale. Mais le remplacement des produits chimiques traditionnels n’est que le début, a déclaré Casie Davidson, directrice de la gestion du carbone et du secteur du marché des énergies fossiles au PNNL. “L’approche intégrée de l’équipe ouvre un nouveau monde de CO.2 chimie de transformation On a l’impression d’être au seuil d’un tout nouveau monde de technologie carbone évolutive et rentable. C’est une période très excitante.
Coûts ruinés
Les systèmes commerciaux absorbent le carbone des gaz de combustion pour environ 46 $ par tonne métrique de CO2, selon une analyse du DOE. L’objectif de l’équipe du PNNL est de réduire en permanence les coûts en rendant le processus de capture plus efficace et économiquement compétitif.
L’équipe a réduit le coût de capture à 47,10 $ par tonne métrique de CO.2 Une nouvelle étude annoncée en 2021 Nettoyer le journal de production Il explore le coût de fonctionnement du système de méthanol en utilisant différents solvants de capture développés par PNNL, et ce chiffre est maintenant tombé à un peu moins de 39 dollars par tonne métrique de CO.2.
“Nous avons examiné trois CO2“Les solvants de liaison dans cette nouvelle étude”, a déclaré Yuan Jiang, l’ingénieur chimiste qui a dirigé l’évaluation. “Nous avons constaté qu’ils captent plus de 90 % du carbone qui les traverse, et le font à environ 75 % du coût de la technologie de capture conventionnelle.”
Différents systèmes peuvent être utilisés selon les caractéristiques de l’installation ou du four. Cependant, quelle que soit la configuration, les solvants sont indispensables. Dans ces systèmes, les solvants sont lavés sur du CO.2Gaz de combustion riches qui laissent derrière eux du CO avant d’être émis2 Les molécules sont maintenant liées à ce liquide.
Créer du méthanol à partir de CO2 Pas nouveau Mais la capacité à la fois de capturer le carbone et de le convertir en méthanol dans un système à flux continu. La capture et la transformation se produisent traditionnellement en deux étapes distinctes, séparées par la chimie unique et souvent non complémentaire de chaque procédé.
“Nous nous assurons enfin qu’une technologie peut faire les deux étapes et bien les faire”, a déclaré Heldebrant, ajoutant que la technologie de conversion traditionnelle nécessite généralement du CO hautement purifié.2. Le nouveau système est le premier à produire du méthanol à partir de CO2 “sale”.2.
Réduire les émissions de demain
Procédé de captage du CO2 et le convertir en méthanol n’est pas du CO2-négatif. Le carbone du méthanol est libéré lorsqu’il est brûlé ou piégé lorsque le méthanol est converti en substances plus durables. Mais cette technologie “prépare le terrain” pour le travail important de maintien du carbone lié à l’intérieur du matériau et hors de l’atmosphère, a-t-il déclaré.
D’autres matériaux cibles incluent les polyuréthanes trouvés dans les adhésifs, les revêtements et les mousses isolantes, et les polyesters couramment utilisés dans les tissus textiles. Une fois que les chercheurs ont terminé la chimie derrière la conversion du CO2 Un vaste réseau de systèmes de capture pourrait être prêt à provoquer de telles réactions s’il le convertit en matériaux qui le maintiennent hors de l’atmosphère pendant des échelles de temps liées au climat.
Heldebrant prédit le CO au lieu des cheminées d’aujourd’hui2 raffineries construites dans ou à proximité de centrales électriques, où le CO2– Les produits en conteneurs peuvent être fabriqués sur place. “Nous sommes à la croisée des chemins”, ont écrit Heldebrant et ses co-auteurs dans un récent article de la revue. sciences chimiques“Où nous pouvons continuer à utiliser l’infrastructure unifiée de capture et de conversion du 20e siècle ou commencer la transition vers un nouveau paradigme du 21e siècle de technologies intégrées de capture et de conversion du carbone à base de solvants.”
Cette technologie est disponible sous licence. Veuillez contacter Sara Hunt, responsable marketing de PNNL, pour plus d’informations.
Ce travail a été soutenu par le Fonds de commercialisation des technologies du Département de l’énergie, le Bureau de l’énergie fossile et de la gestion du carbone et Southern California Gas. Une partie du travail a été effectuée au Laboratoire des sciences environnementales moléculaires EMSL, une installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE au PNNL.
