Le secteur chimique est le plus grand consommateur d’énergie industrielle, utilisant des combustibles fossiles à la fois comme matière première et comme énergie. Une grande partie de ce dernier phénomène se produit parce que les réactions qui transforment les matières premières en produits utiles reposent généralement sur la catalyse thermique. Ces processus nécessitent souvent des conditions de réaction relativement extrêmes, telles que des températures et des pressions élevées. Cela entraîne une efficacité réduite des processus et, en fin de compte, une empreinte carbone substantielle.  

Matières premières alternatives telles que les déchets, la biomasse et le CO2 peut aider l’industrie à s’attaquer à l’utilisation des combustibles fossiles comme matière première. Toutefois, si l’industrie veut atteindre ses objectifs de réduction des émissions, un processus plus économe en énergie sera également nécessaire. Les technologies conventionnelles ont atteint un niveau élevé d’optimisation, ce qui signifie que l’industrie chimique doit s’attaquer aux émissions liées à l’utilisation de carburants. Le captage du carbone s'est développé ces dernières années, mais il est confronté à certains défis, notamment en termes de coûts et d'infrastructures, tandis que le recours aux énergies renouvelables peut contribuer à réduire les émissions, même si les coûts sont variables. 

La photocatalyse offre une voie permettant d’utiliser les énergies renouvelables pour le traitement chimique et d’augmenter l’efficacité des processus, et réduit ainsi considérablement les émissions associées à l’utilisation de combustibles fossiles – si la technologie évolue de manière économique. 

Comment fonctionne la photocatalyse et quels sont les avantages ? 

En photocatalyse, l'énergie lumineuse est utilisée pour activer un catalyseur qui accélère ensuite une réaction chimique. Contrairement à la catalyse thermique, les vitesses de réaction ont une relation exponentielle avec l’intensité lumineuse ainsi qu’avec la température. Cela signifie que la photocatalyse nécessite des températures nettement inférieures à la catalyse thermique pour les vitesses de réaction requises.  

Les avantages théoriques de la photocatalyse ont fait l'objet de recherches menées par des scientifiques de l'Université Rice qui ont développé des photocatalyseurs plasmoniques capables de piloter des réactions chimiques avec une efficacité, une sélectivité et une spécificité photocatalytiques élevées. La technologie a ensuite été concédée sous licence à Syzygie Plasmoniques qui a développé des « photoréacteurs » qui utilisent des LED pour éclairer des photocatalyseurs, qui catalysent les réactions. Les réacteurs sont fabriqués à partir de matériaux relativement peu coûteux, ce qui contribue à maintenir les coûts d'investissement à un faible niveau. Parallèlement, le processus bénéficie d'une efficacité, d'une sélectivité et d'une spécificité élevées, ce qui se traduit par une consommation d'énergie réduite, ce qui se traduit par une réduction des coûts et une empreinte carbone réduite.  

Le potentiel d’impact   

Syzygy Plasmonics a développé la technologie pour plusieurs applications, notamment la décomposition (craquage) de l'ammoniac. Actuellement produit en grandes quantités pour la fabrication d’engrais, l’ammoniac est de plus en plus reconnu comme un vecteur d’hydrogène prometteur – utile à la fois comme carburant de transport et pour les importations d’énergie. Cependant, l’efficacité (et le coût) aller-retour de la production et de la décomposition de l’ammoniac reste un obstacle à l’adoption. Lorsqu'elle est déployée à grande échelle, la technologie de Syzygy promet une efficacité bien supérieure au craquage thermique, ouvrant la possibilité de remplacer les importations de gaz naturel par des importations d'ammoniac propre. 

Il existe d’autres approches d’importation d’énergie, et l’ammoniac se compare particulièrement favorablement à d’autres vecteurs d’hydrogène tels que le méthanol, où l’accès aux sources de carbone est limité. La quantité d’ammoniac qui sera reconvertie en hydrogène à des fins énergétiques ou industrielles dépend de nombreuses variables. 100 à 130 Mt d’hydrogène d’ici 2050 correspondraient à Estimations de l'AIE pour la demande d'azote à des fins énergétiques, mais il pourrait s'agir d'une utilisation directe ou d'hydrogène. Si tout était fissuré, l’utilisation de la technologie Syzygy à la place du craquage thermique permettrait d’économiser environ 1000 1250 à 3 XNUMX TWh d’énergie, soit environ XNUMX fois la consommation énergétique totale annuelle du Royaume-Uni.  

Il est peu probable que la technologie soit déployée à grande échelle à moins qu’elle ne soit compétitive en termes de coût total par rapport à d’autres technologies. Cependant, les gains d'efficacité devraient faire baisser les coûts, Syzygy s'attendant à ce que la technologie réduise les coûts totaux associés au craquage de l'ammoniac de plus de 20 % par rapport au craquage thermique, bien que la compétitivité des coûts dépende des coûts des énergies renouvelables. 

Avoir hâte de 

Syzygy a un projet pilote de craquage de l'ammoniac en cours de développement avec Lotte Chemicals, tandis que le potentiel de mise à l'échelle sera réaffirmé avec Syzygy démontrant des efficacités à grande échelle. La technologie a également été testée pour plusieurs applications, notamment le reformage du méthane à la vapeur (pour produire de l'hydrogène) et le reformage sec du méthane (pour produire du gaz de synthèse pouvant être utilisé dans la production de méthanol ou de carburéacteur). De nombreuses autres applications existent, notamment la technologie de synthèse de l’ammoniac, de l’hydrogène vert, de l’éthylène et des aromatiques, avec le potentiel d’économiser des gigatonnes d’émissions de carbone. 

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• La source: https://www.cleantech.com/will-photocatalysis-move-the-needle-on-chemical-carbon-emissions/