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Produire des nanofibres à partir du gaz carbonique de l'atmosphère

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Les nanotechnologies permettraient-elles de résoudre les plus grands problèmes du XXIe siècle ? Certains placent en tout cas beaucoup d'espoir en elles. C'est le cas d'un groupe de chercheurs américains qui vient de développer une technologie surprenante. Baptisé STEP, pour Solar Thermal Electrochemical Process, elle utilise l'énergie solaire pour produire à bas prix des nanofibres de carbone et s'avère gourmande en gaz carbonique.

Un exemple de nanofibres de carbone obtenues par les chimistes grâce au processus STEP (Solar Thermal Electrochemical Process). © Stuart Licht

Pour limiter le réchauffement climatique à une température de 2 °C, il faudrait laisser dans le sol une bonne partie des énergies fossiles qui s'y trouvent encore mais aussi changer de façon conséquente l'économie mondiale pour mieux réduire les émissions de carbone. La tâche semble presque impossible... C'est pourquoi certains se tournent vers une autre solution et envisagent divers moyens rapide d'extraire le gaz carbonique injecté dans l'atmosphère pendant l'ère industrielle.

Dans l'idéal, en supposant qu'une telle technologie devienne accessible, encore faudrait-il que sa mise en œuvre puisse contribuer au développement économique. Il faudrait aussi trouver une solution de stockage pour le CO2 retiré de l'atmosphère avant que celui-ci ne soit capturé en trop grande quantité par les océans. Une proposition de séquestration géologique avait déjà été présentée. Mais une équipe de chimiste de la George Washington University (États-Unis) pense avoir ouvert une nouvelle voie de recherche prometteuse en utilisant ce gaz carbonique issu de l'atmosphère.

Comme les chercheurs l'expliquent dans un article publié dans Nano Letters, ils ont mis au point un procédé efficace pour fabriquer des nanofibres de carbone à partir de l'énergie solaire. Le rendement énergétique du processus de fabrication semble excellent et permettrait de fournir à l'industrie de quoi développer à bas coût une technologie basée sur les fibres de carbone, très utilisées en aéronautique et même en électronique. La nanotechnologie est de plus potentiellement gourmande en nanotubes de carbone, qui sont des cousins de ces nanofibres.

En 1976 à Odeillo, dans les Pyrénées-Orientales, le four solaire installé par le CNRS captait une infime partie de l'énergie du soleil, néanmoins suffisante pour obtenir une puissance de 1.000 kilowatts et une température de 4.000 degrés. © Ina

Des électrodes qui brisent les molécules de CO2

Le processus de conversion découvert par les chercheurs a été baptisé STEP (Solar Thermal Electrochemical Process). Il repose sur l'utilisation d'un four solaire qui concentre les rayons du soleil dans un creuset. Les chercheurs y font fondre du carbonate de lithium auquel ils ajoutent un peu de zinc -- qui permet d'amorcer le processus. La croissance des nanofibres se poursuit grâce à la présence d'atomes de nickel, cobalt, cuivre et fer qui servent de site de nucléation. Le carbure de lithium liquide, à 723 °C, devient alors une éponge à gaz carbonique. Deux électrodes plongées dans ce fluide et soumises à une différence de potentiel rendent ensuite possible la synthèse des nanofibres de carbone puisqu'elles permettent de briser les molécules de CO2. 95 % du courant électrique utilisé, éventuellement produit lui aussi à partir de l'énergie solaire, soutient la synthèse de ces fibres.

Les chimistes estiment que les coûts de l'énergie électrique utilisée pour produire une tonne de nanofibres de carbone est de l'ordre de 1.000 dollars (885 euros), soit des centaines de fois moins que le prix de vente du produit obtenu.

La technique doit encore être développée mais semble prometteuse. Les chercheurs estiment cependant qu'il suffirait de dix années et de 10 % de la surface du Sahara pour ramener le taux de gaz carbonique atmosphérique à sa valeur préindustrielle... Une affirmation difficile à prendre au sérieux étant donné que cette surface est équivalente à deux fois celle de la Californie. Aucun creuset ou assemblage de creusets contenant du carbure de lithium de cette taille ne semble pouvoir un jour être fabriqué.

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