Des chercheurs ont développé une technique permettant de capturer le CO2 de l’air et de le convertir en oxalates métalliques, un ingrédient pouvant être utilisé en tant que précurseur pour la production de ciment, avec une quantité significativement réduite de plomb. Le procédé pourrait contribuer à la réduction des impacts environnementaux de l’industrie du ciment, tout en servant les objectifs de valorisation du carbone.
Les préoccupations croissantes en matière d’émission de gaz à effet de serre ont stimulé les recherches dans le domaine des technologies de capture de carbone. En particulier, des travaux se concentrent sur la manière de valoriser les flux de CO2 industriels afin de le convertir en produits à valeur ajoutée.
L’industrie du ciment figure parmi les émetteurs les plus importants de carbone, contribuant à elle seule à 7% des émissions mondiales. Le ciment Portland, le plus utilisé, est généralement fabriqué à partir d’un mélange de calcaire et de minéraux, tels que les silicates de calcium. La transformation de ces produits implique cependant des procédés très énergivores. En conséquence, la réduction de l’empreinte carbone de l’industrie du ciment (et d’autres secteurs industriels lourds) figure parmi les priorités mondiales en matière de décarbonation.
Afin de réduire l’empreinte carbone de l’industrie, des stratégies de capture et de conversion du CO2 en oxalates métalliques sont explorées depuis quelques années. Il s’agit d’un matériau solide pouvant servir de précurseur alternatif pour la production de ciment. La conversion nécessite cependant d’importantes quantités de plomb en tant que catalyseur, ce qui est problématique d’un point de vue sanitaire et environnemental.
Réduire le plomb sans compromettre l’efficacité
Une équipe co-dirigée par l’Université du Michigan a développé une technique de conversion qui nécessiterait beaucoup moins de plomb. « Cette recherche montre comment récupérer le dioxyde de carbone, souvent considéré comme un déchet sans grande valeur, et le transformer en un produit valorisable », explique dans un communiqué Charles McCrory, professeur agrégé de chimie et de sciences et ingénierie macromoléculaires à l’Université du Michigan et co-auteur principal de l’étude. « Nous ne nous contentons pas de récupérer le dioxyde de carbone et de l’enfouir, nous le récupérons à différentes sources et le réutilisons pour en faire quelque chose d’utile », affirme-t-il.
McCrory et ses collègues ont utilisé une technique permettant de réduire l’utilisation de plomb à quelques parties par milliard, un niveau équivalent aux impuretés présentes dans les matériaux poreux en graphite ou en carbone disponibles dans le commerce. Pour ce faire, ils ont utilisé des polymères pour contrôler l’environnement immédiat entourant les catalyseurs de sorte à contrôler leur activité.
D’après l’équipe, les catalyseurs sont généralement découverts par hasard et les formulations industrielles les plus efficaces sont généralement très complexes. Dans le cadre de leur recherche, les experts utilisent comme catalyseur du plomb sous forme de traces, mais estiment qu’il pourrait en exister de nombreux autres. Les expériences ont montré que le contrôle du microenvironnement permettait effectivement de réduire considérablement la quantité de plomb nécessaire pour la conversion du CO2 en oxalates.
Oxalates métalliques : une matière première d’avenir pour le ciment ?
« Les oxalates métalliques représentent une frontière sous-explorée : ils servent de matériaux cimentaires alternatifs, de précurseurs de synthèse et même de solutions de stockage du dioxyde de carbone », affirme McCrory. Un ensemble d’électrodes a été utilisé lors du procédé de conversion. Au niveau de l’une d’elles, le CO2 est converti en ions oxalates dissous dans une solution.
L’autre électrode est une électrode métallique qui libère, sous l’effet de l’oxydation, des ions métalliques qui se lient à leur tour aux ions oxalates. Ce processus induit une précipitation sous forme d’oxalate métallique solide. « C’est ce produit que nous récupérons et qui peut être incorporé dans le processus de fabrication du ciment », indique l’expert. Ce dernier affirme qu’une fois le CO2 converti, il ne serait plus rejeté dans l’atmosphère.
Toutefois, la technique nécessite encore des améliorations pour aboutir à une application pratique. À cet effet, l’équipe travaille actuellement sur l’extension du procédé électrolytique du carbone. La partie concernant l’étape de la production du solide sera également étudiée plus en détail.
« Nous en sommes encore loin, mais je pense que c’est un processus évolutif », indique McCrory. « Si nous voulions réduire le catalyseur au plomb à quelques parties par milliard, c’est en partie à cause des difficultés que pose la mise à l’échelle d’un catalyseur contenant d’importantes quantités de plomb. Autrement, ce ne serait pas raisonnable d’un point de vue environnemental », conclut-il. Les résultats de la recherche sont publiés dans la revue Advanced Energy Materials.