Obtenez plastique et combustible à grande échelle

Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre émis par les activités humaines, telles que l’utilisation des combustibles fossiles pour le transport ou dans diverses industries. Pour atténuer les impacts du changement climatique déjà visibles en Espagne, avec des sécheresses et des catastrophes comme celle survenue ce mois de novembre à Valence et dans d’autres régions, il est crucial de réduire ce polluant. Une partie de la solution réside dans la capture du CO2 déjà présent dans l’atmosphère et sa transformation en combustibles ou en plastiques.

La première étape consiste à capturer et à stocker ce gaz. Différents projets de recherche ont proposé des méthodologies variées et l’Espagne commence à adopter cette technologie. L’étape suivante est le recyclage du CO2 en nouveaux produits. Pour l’heure, cette technologie est encore à ses débuts, majoritairement liée à des travaux en laboratoire. Cependant, une équipe du MIT a exploré une méthode pour mettre à l’échelle ce processus et l’adapter à la fabrication de plastiques.

Produire des bouteilles, des dispositifs électroniques ou tout objet en plastique pourrait être une voie efficace pour éliminer le CO2 de l’environnement. Ce projet est précisément l’objectif de ce groupe de chercheurs qui a conçu un électrode permettant de d’augmenter l’efficacité des réactions électrochimiques transformant le dioxyde de carbone en éthylène et autres produits.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature Communications, via un article coécrit par Simon Rufer, doctorant au MIT, et le professeur d’ingénierie mécanique Kripa Varanasi, ainsi que trois autres chercheurs.

Fabrication de plastiques

Dans le cadre de la transformation du CO2, l’équipe a cherché à obtenir de l’éthylène, un produit chimique utilisé dans la fabrication de divers plastiques et combustibles : par exemple, les fenêtres de voitures fabriquées en polyéthylène et les emballages comme ceux contenant des épices sont souvent faits en polyéthylène de faible densité.

Actuellement, l’éthylène est obtenu à partir de pétrole et son coût est de 1 000 dollars la tonne. Cependant, cette méthode pourrait également être appliquée à la production de produits chimiques de haute valeur, comme le méthane ou le monoxyde de carbone.

Le MIT reconnaît que la technologie nécessaire pour transformer ce gaz en produits utiles existe déjà, mais des améliorations sont nécessaires pour rendre le processus économiquement viable et le déployer à grande échelle. Ainsi, l’objectif ultime de ce projet est de démontrer que leur invention pourrait, à terme, remplacer la fabrication traditionnelle d’éthylène en évitant l’utilisation de combustibles fossiles et en purifiant l’air.

Pour cela, il était nécessaire d’augmenter la taille de l’échantillon, en s’écartant des dimensions habituelles des laboratoires. Selon leurs explications, les électrodes devraient être 100 fois plus grandes que les versions de laboratoire.

Électrodes grand format

L’équipe de Varanasi a produit une feuille avec une surface dix fois supérieure aux échantillons de moins de 2,5 centimètres carrés normalement utilisés pour les recherches sur la conversion du carbone. Grâce à cette plus grande surface, l’efficacité de la technologie a pu être démontrée, bien que ce succès ait été difficile à atteindre.

Rufer affirme que leur système “est le premier électrode basé sur le PTFE à dépasser l’échelle de laboratoire avec des dimensions de 5 centimètres ou moins. C’est le premier travail qui a été effectué à une échelle bien plus grande sans sacrifier l’efficacité”.

Image de l’électrode tissée et graphiques de tension dans Nature
MIT
Omicrono

En testant des électrodes de différentes tailles, ils ont découvert que la conductivité diminuait considérablement à mesure que la taille augmentait. Ce phénomène pose un problème important : pour que les électrodes soient efficaces, ils doivent être de bons conducteurs afin d’éviter un gaspillage d’énergie par chauffage résistant. Si cette nouvelle technologie capable de recycler le CO2 consomme trop d’énergie, elle ne pourra pas vraiment se développer en alternative aux processus en cours.

De plus, les électrodes doivent être hydrophobes, afin de repousser l’eau pour éviter que la solution électrolytique à base d’eau n’interfère avec les réactions sur la surface de l’électrode. Malheureusement, ces deux propriétés indispensables s’opposent : améliorer la conductivité réduit l’hydrophobie et inversement, explique le MIT. En outre, des sous-produits chimiques non désirés apparaissaient parallèlement à l’éthanol.

Pour surmonter ce dilemme, l’équipe a utilisé un matériau plastique, le PTFE (essentiellement du téflon), pour renforcer les propriétés hydrophobes des électrodes. En même temps, la faible conductivité du PTFE a poussé les chercheurs à tisser des fils de cuivre conducteurs à travers la fine feuille de PTFE, décrite comme une “superautopiste électrique”.

“Il est possible de coudre ce fil de cuivre micrométrique dans n’importe quel électrode de diffusion gazeuse, peu importe sa morphologie ou sa chimie catalytique. Ce procédé peut donc être utilisé pour agrandir l’électrode de n’importe quel fabricant”, a déclaré Rufer.