Procédés de production propres dans l'industrie chimique
TU Delft et TNO préparent l'industrie à la phase de mise à l'échelle d'une usine propre
Les pénuries de pétrole et de gaz ne font pas seulement grimper les prix du gaz et de l'essence, mais aussi ceux des plastiques, des médicaments et des cosmétiques. Pour rendre notre société moins dépendante des combustibles fossiles et lutter contre le changement climatique, l'industrie chimique doit changer radicalement. Ces dernières années, TU Delft et TNO ont jeté les bases de processus de production plus propres dans l'industrie chimique. Le nouveau partenariat e-Chem va maintenant plus loin en construisant réellement une usine propre du futur.
En collaboration avec d'autres institutions de recherche et l'industrie, e-Chem va maintenant construire des installations à grande échelle qui convertiront le CO2 de l'air en trois éléments de base de l'industrie chimique par électrolyse à l'échelle industrielle et à des prix compétitifs : le méthanol, l'éthylène et le kérosène.
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Selon l'accord de Paris sur le climat de 2015, notre société devrait être neutre en carbone d'ici 2050. Nous ne pourrons pas atteindre cet objectif sans changer radicalement l'industrie chimique. L'une des options consiste à prélever leCO2 dans l'air et à le transformer en matières premières pour la production de plastiques et de carburants, entre autres, en utilisant de l'électricité produite de manière durable. Pour accélérer le processus visant à rendre l'industrie chimique plus durable, e-Refinery (TU Delft) et Voltachem (TNO), deux programmes de recherche à grande échelle dans le domaine de l'électrification de l'industrie chimique, unissent leurs forces dans le programme e-Chem.
"L'électrification de l'industrie chimique offre de grandes possibilités aux Pays-Bas pour devenir le principal fournisseur de systèmes haut de gamme pour la transition énergétique. Et où mieux développer de telles solutions qu'ici, à Delft, juste à côté de Botlek, le plus grand centre pétrochimique du nord-ouest de l'Europe ? En collaboration avec d'autres institutions de recherche et l'industrie, e-Chem va maintenant construire des installations à grande échelle qui convertiront leCO2 de l'air en trois éléments de base de l'industrie chimique par électrolyse à l'échelle industrielle et à des prix compétitifs : méthanol, éthylène et kérosène. Nous sommes les premiers à construire de telles installations à grande échelle. Nous avons décidé d'aller de l'avant et d'apprendre sur le tas. C'est cette approche qui nous permettra d'accélérer", Ruud van Ommen (e-Refinery) et Martijn de Graaff (VoltaChem).
La technologie de l'électrolyse
Le principe de l'électrolyse est connu depuis longtemps. Vous prenez un récipient avec un liquide qui conduit l'électricité. Vous y faites passer leCO2 gazeux. Dans le récipient, vous mettez deux plaques métalliques recouvertes d'un catalyseur. Vous les mettez sous tension. Un courant électrique passe d'une plaque à l'autre, à travers le mélange gaz/liquide. Ce courant provoque la rupture des liaisons chimiques entre le carbone et l'oxygène et entre les molécules qui composent le liquide et la formation de nouvelles substances.
Avant que cette technologie puisse être appliquée à grande échelle dans l'industrie chimique, il reste quelques défis à relever, selon Ruud van Ommen et Martijn de Graaff. Nous allons construire des installations qui produisent 50 à 100 litres de produit par jour. Pour cela, nous devons concevoir des systèmes stables, ce qui signifie qu'ils continuent à produire la même qualité à la même vitesse pendant des mois ou des années. Ce n'est pas possible actuellement. Nous voulons également utiliser l'électricité produite par des éoliennes ou des panneaux solaires. Mais cet approvisionnement est imprévisible. Comment concevoir un processus qui puisse y faire face ? Et que signifie la fluctuation de l'approvisionnement en électricité pour la capacité de production d'une telle usine ?".
La mise à l'échelle de la technologie elle-même est également plus facile à dire qu'à faire, explique M. Van Ommen. Avec les procédés chimiques traditionnels, il suffit d'agrandir la cuve du réacteur. Dans le cas d'un procédé électrochimique, pour des raisons techniques, les distances entre les deux plaques métalliques et la hauteur maximale de la cuve du réacteur sont fixes. Vous ne pouvez donc augmenter la capacité de production qu'en utilisant davantage de plaques ou en les élargissant. Mais qu'est-ce que cela signifie pour la quantité de courant circulant dans votre liquide de réaction et pour la distribution de la température pendant la réaction ? À partir de quel matériau devriez-vous fabriquer les catalyseurs pour les réactions, et ces matériaux sont-ils disponibles en quantité suffisante ? e-Chem nous aidera à trouver plus rapidement des réponses à ce type de questions pratiques".
Des voies prometteuses pour le succès
TU Delft a acquis une expérience de la e-Refinery dans la recherche fondamentale et appliquée sur les matériaux, les processus et les réacteurs à toutes les échelles de longueur, de l'échelle atomique à celle du réacteur. TNO a une grande expérience des essais pratiques et de sujets tels que l'analyse du cycle de vie et les modèles économiques. En combinant ces connaissances et cette expertise, les deux parties visent à mettre en place, dans quelques années, des démonstrations qui persuaderont l'industrie d'investir dans cette technologie.
Le programme de recherche se concentrera sur les voies de réussite les plus prometteuses. Par exemple, c'est un choix délibéré d'utiliser leCO2 de l'air comme matière première", explique M. De Graaff. Comme les usines réduisent déjà la teneur enCO2 de leurs gaz de combustion, nous pensons que cette source deCO2 se tarira lentement à l'avenir. Ce n'est pas non plus un hasard s'ils ont opté pour des produits tels que le méthanol, l'éthylène et le kérosène. L'éthylène et le méthanol ont de nombreuses applications possibles, allant des plastiques aux pilules", explique M. De Graaff. En ce qui concerne les carburants, nous avons également essayé d'identifier le cas commercial le plus prometteur. Pour le transport de passagers, il existe des options avancées pour passer aux batteries ou à l'hydrogène. Mais pour l'aviation, le kérosène restera probablement irremplaçable pendant longtemps encore. Un processus de production plus propre est donc également très souhaitable dans ce cas.
Invitation ouverte
Les deux chercheurs soulignent que l'e-Chem est né d'une ambition commune d'accélérer la transition d'une industrie chimique basée sur les matières premières fossiles vers un secteur basé sur l'électricité et leCO2 durables. Le marché n'y parviendra pas tout seul. Et nous ne réussirons pas non plus avec seulement deux parties. C'est pourquoi nous invitons instamment d'autres partenaires universitaires et industriels à se joindre à nous".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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