Tout le monde sait que le monde est confronté à un grave problème de dioxyde de carbone, mais un moyen ingénieux et potentiellement rentable de traiter nos excédents de CO2 pourrait fournir les moyens de la technologie des batteries de demain.
Pendant des années, les scientifiques ont cherché des moyens de capturer le carbone et de le stocker sous terre ou même potentiellement dans l’océan. Mais un nouveau système pourrait offrir un avantage considérable par rapport à ces efforts.
Selon des chercheurs du MIT, le problème des systèmes classiques de capture et de séquestration du carbone (CSC) est que, s’ils sont efficaces pour empêcher les émissions de CO2 de pénétrer dans l’atmosphère et pour piéger la chaleur, ils nécessitent beaucoup d’énergie pour y parvenir.
Selon une étude réalisée en 2014, le CSC utilise jusqu’à 30 % de la capacité de production d’une centrale électrique et, en fin de compte, nombre de ces systèmes ne font que stocker le CO2 capturé sous forme solide, sans le réutiliser.
Une autre branche de la science du CO2 étudie les moyens de convertir le produit chimique en d’autres types de matériaux qui pourraient être utilisés comme source de carburant viable, ce qui, selon de nombreux chercheurs, est une stratégie préférable, car elle permet de rendre quelque chose en même temps.
Dans cette optique, une équipe du MIT a mis au point un système de batterie à base de lithium qui absorbe le dioxyde de carbone directement à l’intérieur des centrales électriques, convertissant la vapeur résiduelle en un électrolyte (chargé de CO2) – l’une des trois parties principales d’une batterie.
Les batteries lithium-dioxyde de carbone nécessitent généralement des catalyseurs métalliques pour fonctionner, car le dioxyde de carbone n’est pas très réactif. Le problème est que les catalyseurs peuvent être coûteux à obtenir et que les réactions chimiques impliquées peuvent être difficiles à contrôler.
Pour contourner ce problème, une équipe dirigée par l’ingénieur en mécanique Betar Gallant a réussi à convertir le dioxyde de carbone par voie électrochimique sans catalyseur métallique, en utilisant uniquement une électrode en carbone.
La solution consistait à utiliser le CO2 à l’état liquide, en l’incorporant dans une solution d’amine.
La cathode après décharge, montrant le matériau carbonaté dérivé des émissions, et la surface vierge, avant décharge. (MIT)
“Ce que nous avons montré pour la première fois, c’est que cette technique active le dioxyde de carbone pour une électrochimie plus facile”, explique M. Gallant.
“Ces deux chimies – amines aqueuses et électrolytes de batterie non aqueux – ne sont normalement pas utilisées ensemble, mais nous avons constaté que leur combinaison confère des comportements nouveaux et intéressants qui peuvent augmenter la tension de décharge et permettre une conversion soutenue du dioxyde de carbone.”
Les recherches menées jusqu’à présent ne sont pas encore prêtes pour une utilisation commerciale, mais les expériences montrent que la technique des amines est compétitive par rapport à d’autres méthodes pour les batteries au lithium-gaz, bien qu’il existe des domaines d’amélioration certains.
En particulier, le système de batterie est actuellement limité à 10 cycles de charge-décharge – une restriction sévère qui devra être considérablement améliorée si nous voulons utiliser ces batteries lithium-carbone à des fins sérieuses.
“Les défis à venir consisteront à développer des systèmes avec un taux de renouvellement des amines plus élevé pour se rapprocher d’un fonctionnement quasi-continu ou d’une longue durée de vie, et à augmenter la capacité atteignable à des puissances plus élevées”, écrivent les auteurs dans leur article.
En définitive, ils reconnaissent qu’il faudra des années avant que ce type de technologie de batterie puisse être utilisé pour alimenter des objets dont les gens ont réellement besoin.
Mais chaque obstacle mineur que nous franchissons nous rapproche de cet objectif final, tout en contribuant à résoudre l’un des principaux dilemmes environnementaux actuels (et d’une manière plus utile que de le transplanter sous terre et hors de vue).
“Les batteries au lithium et au dioxyde de carbone ne verront pas le jour avant des années”, explique M. Gallant, mais au moins, si nous pouvons transformer le CO2 en quelque chose comme un composant de batterie, c’est “une façon de le séquestrer comme un produit utile”
Les résultats sont publiés dans Joule.