Des ingénieurs de Stanford ont mis au point un nouveau réacteur électrique qui pourrait réduire considérablement les émissions de dioxyde de carbone des processus industriels. Cette technologie innovante a le potentiel de transformer la façon dont nous alimentons les industries à forte consommation d’énergie, ouvrant la voie à un avenir plus vert.
Relever le défi des émissions industrielles
Aux États-Unis, les processus industriels sont responsables d’environ un tiers des émissions de dioxyde de carbone du pays. C’est plus que les émissions annuelles combinées des véhicules de tourisme, des camions et des avions. Réduire ces émissions est essentiel pour atténuer le changement climatique, mais ce n’est pas une tâche facile.
Une équipe de chercheurs de Stanford Engineering a conçu et présenté un nouveau type de réacteur thermochimique qui pourrait changer la donne en matière de décarbonisation industrielle. Ce réacteur électrique peut générer la chaleur intense nécessaire à de nombreux processus industriels sans brûler de combustibles fossiles.
Jonathan Fan, professeur associé de génie électrique à Stanford et auteur principal de l’étude, explique : « Nous disposons d’une infrastructure de réacteur électrifiée et évolutive pour les processus thermochimiques, qui présente des propriétés de chauffage et de transfert de chaleur idéales. En fait, nous poussons les performances du réacteur à ses limites physiques et nous utilisons de l’électricité verte pour l’alimenter. »
Comment fonctionne le nouveau réacteur
Chauffage par induction : la clé de l’efficacité
Contrairement aux réacteurs thermochimiques traditionnels qui brûlent des combustibles fossiles pour chauffer un fluide, le nouveau réacteur électrifié utilise l’induction magnétique pour générer de la chaleur en interne. Ce processus est similaire au fonctionnement des cuisinières à induction, mais à une échelle beaucoup plus grande et plus efficace.
Le réacteur utilise des courants à haute fréquence pour chauffer par induction un réseau tridimensionnel constitué d’un matériau céramique peu conducteur d’électricité. Cette structure en réseau est cruciale, car elle réduit artificiellement encore davantage la conductivité électrique. Les vides du réseau peuvent être remplis de catalyseurs, des matériaux qui doivent être chauffés pour déclencher des réactions chimiques.
Cette conception offre plusieurs avantages :
- Transfert de chaleur plus efficace
- Taille de réacteur plus petite par rapport aux réacteurs à combustible fossile traditionnels
- Conception simplifiée sans besoin de tuyaux ni de transfert de chaleur externe
« Vous chauffez une structure de grande surface située juste à côté du catalyseur, de sorte que la chaleur générée atteint le catalyseur très rapidement pour déclencher les réactions chimiques », a déclaré Fan. « De plus, cela simplifie tout. Vous ne transférez pas de chaleur d’un autre endroit et n’en perdez pas en cours de route, vous n’avez pas de tuyaux entrant et sortant du réacteur – vous pouvez l’isoler entièrement. C’est idéal du point de vue de la gestion de l’énergie et des coûts. »
Résultats prometteurs et applications futures
Les chercheurs ont testé leur réacteur en utilisant une réaction chimique appelée réaction inverse de conversion du gaz à l’eau. Ce processus peut transformer le dioxyde de carbone capturé en un gaz précieux qui peut être utilisé pour créer des carburants durables. Les résultats ont été impressionnants :
- Plus de 85 % d’efficacité dans la conversion de l’énergie électrique en chaleur utilisable
- Dioxyde de carbone converti en gaz utilisable au taux théoriquement prévu
Ces résultats suggèrent que la nouvelle conception du réacteur pourrait être très efficace dans des applications concrètes. Fan a noté : « À mesure que nous agrandissons ces réacteurs ou que nous les faisons fonctionner à des températures encore plus élevées, ils deviennent plus efficaces. C’est l’histoire de l’électrification : nous n’essayons pas seulement de remplacer ce que nous avons, nous créons des performances encore meilleures. »
L’équipe travaille déjà à faire évoluer sa technologie et à étendre ses applications potentielles. Elle adapte la conception pour des réacteurs capables de capturer le dioxyde de carbone et de fabriquer du ciment. Des collaborations avec des partenaires industriels des secteurs du pétrole et du gaz sont également en cours pour comprendre ce dont ces entreprises auraient besoin pour adopter cette technologie.
Pourquoi c’est important
Le développement de ce réacteur électrique pourrait avoir des implications de grande portée sur les efforts de décarbonisation industrielle :
- Réduction des émissions de carbone : en remplaçant les processus de combustion de combustibles fossiles par des alternatives électriques, les industries pourraient réduire considérablement leur empreinte carbone.
- Efficacité améliorée : la nouvelle conception du réacteur offre de meilleures performances et une meilleure gestion de l’énergie que les méthodes traditionnelles.
- Potentiel de production de carburant durable : la capacité de convertir le CO2 capturé en gaz utiles ouvre des possibilités de création de carburants plus durables.
- Adaptabilité : La technologie pourrait être appliquée à divers processus industriels, de la fabrication du ciment à la capture du carbone.
Alors que le monde est confronté à l’urgence de réduire les émissions de gaz à effet de serre, des innovations comme ce réacteur électrique offrent l’espoir d’un avenir industriel plus durable. En réinventant les infrastructures fondamentales et en surmontant les goulets d’étranglement existants, l’électrification pourrait jouer un rôle crucial dans la décarbonisation de certains des secteurs les plus difficiles de notre économie.
