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Un nouveau système de réacteur convertit le dioxyde de carbone en combustible utilisable

SciTechDaily

Les chercheurs ont développé une méthode utilisant des réacteurs à membrane de type distributeur pour convertir les émissions de CO2 des petites chaudières en méthane, améliorant ainsi considérablement l'efficacité et offrant un outil polyvalent pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Une nouvelle conception de réacteur transforme les émissions de CO2 des petites chaudières en méthane, offrant ainsi une stratégie prometteuse pour lutter contre le changement climatique.

Réduire les émissions de carbone des systèmes de combustion à petite échelle, comme les chaudières et autres appareils industriels, est essentiel pour parvenir à un avenir durable et neutre en carbone. Les chaudières, répandues dans de nombreuses industries pour des fonctions critiques telles que le chauffage, la production de vapeur et la production d'électricité, jouent un rôle majeur dans les émissions de gaz à effet de serre.

Les chaudières sont généralement assez efficaces. De ce fait, il est difficile de réduire le CO2 émissions simplement en améliorant l’efficacité de la combustion. C’est pourquoi les chercheurs explorent des approches alternatives pour atténuer l’impact environnemental du CO.2 émissions des chaudières. Une stratégie prometteuse à cette fin consiste à capter le CO2 émis par ces systèmes et les convertir en un produit utile, tel que le méthane.

Innovations technologiques avec les réacteurs à membrane

Pour mettre en œuvre cette stratégie, un type spécifique de réacteur à membrane, appelé réacteur à membrane de type distributeur (DMR), est nécessaire, capable de faciliter les réactions chimiques ainsi que la séparation des gaz. Bien que les DMR soient utilisés dans certaines industries, leur application pour la conversion du CO2 en méthane, en particulier dans les systèmes à petite échelle comme les chaudières, est restée relativement inexplorée.

Cette lacune en matière de recherche a été comblée par un groupe de chercheurs du Japon et de Pologne, dirigés par le professeur Mikihiro Nomura de l'Institut de technologie Shibaura au Japon et le professeur Grzegorz Brus de l'Université des sciences et technologies AGH en Pologne. Leurs conclusions ont été récemment publiées dans le Journal de l'utilisation du CO2.

Schéma du réacteur à membrane de type distributeur pour le captage du CO2

Des chercheurs du Japon et de Pologne ont développé un modèle de réacteur capable de capter efficacement les émissions de CO2 et de les convertir en méthane combustible utilisable. Cette avancée pourrait réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre, ouvrant ainsi la voie à un avenir neutre en carbone. Crédit : Professeur Mikihiro Nomura du SIT, Japon

L'équipe a mené une approche à deux volets du problème à travers des simulations numériques et des études expérimentales pour optimiser la conception des réacteurs pour une conversion efficace du CO.2 des petites chaudières en méthane. Dans leur simulation, l’équipe a modélisé la façon dont les gaz circulent et réagissent dans différentes conditions. Cela leur a permis à son tour de minimiser les variations de température, garantissant ainsi que la consommation d’énergie est optimisée tandis que la production de méthane reste fiable.

Innovations de conception et améliorations de l’efficacité

L’équipe a en outre découvert que, contrairement aux méthodes traditionnelles qui canalisent les gaz vers un seul endroit, une conception d’alimentation distribuée pourrait disperser les gaz dans le réacteur au lieu de les envoyer depuis un seul endroit. Cela se traduit par une meilleure répartition du CO2 dans toute la membrane, empêchant tout endroit de surchauffer. «Cette conception DMR nous a aidés à réduire les incréments de température d'environ 300 degrés par rapport au réacteur à lit garni traditionnel», explique le professeur Nomura.

Au-delà de la conception de l'alimentation distribuée, les chercheurs ont également exploré d'autres facteurs influençant l'efficacité des réacteurs et ont découvert qu'une variable clé était le CO2 concentration dans le mélange. Changer la quantité de CO2 dans le mélange affectait le fonctionnement de la réaction. «Quand le CO2 La concentration était d'environ 15 %, similaire à celle qui sort des chaudières, le réacteur était bien meilleur pour produire du méthane. En fait, il pourrait produire environ 1,5 fois plus de méthane qu’un réacteur ordinaire ne contenant que du CO pur.2 avec qui travailler », souligne le professeur Nomura.

De plus, l’équipe a étudié l’impact de la taille du réacteur et a découvert que l’augmentation de la taille du réacteur facilitait la disponibilité de l’hydrogène pour la réaction. Il y avait cependant un compromis à considérer, car l’avantage d’une plus grande disponibilité d’hydrogène nécessitait une gestion prudente de la température pour éviter une surchauffe.

L’étude présente ainsi une solution prometteuse au problème de la lutte contre une source majeure d’émissions de gaz à effet de serre. En utilisant un DMR, du CO à faible concentration2 les émissions peuvent être converties avec succès en méthane carburant utilisable. Les avantages qui en découlent ne se limitent pas à la seule méthanation mais peuvent également être appliqués à d'autres réactions, faisant de cette méthode un outil polyvalent pour une production efficace de CO2 utilisation même pour les ménages et les petites usines.

L'étude a été financée par l'Agence nationale polonaise, l'Université AGH de Cracovie et la Société japonaise pour la promotion de la science.

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