Une raffinerie solaire transforme la lumière et l’air en combustible liquide

Une nouvelle technologie produit des combustibles hydrocarbonés liquides exclusivement à partir de la lumière du Soleil et de l’air.

Les carburants neutres en carbone sont essentiels pour rendre le transport aérien et maritime durable. La nouvelle centrale solaire produit des combustibles liquides synthétiques qui libèrent lors de leur combustion autant de CO2 qu’auparavant extraits de l’air pour leur production.

Le système extrait le CO2 et l’eau directement de l’air ambiant et les sépare à l’aide de l’énergie solaire. Ce procédé produit du gaz de synthèse, un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone, qui est ensuite transformé en kérosène, méthanol ou autres hydrocarbures. Ces carburants sont prêts à l’emploi dans l’infrastructure mondiale de transport existante.

Démonstration de faisabilité

“Cette installation prouve qu’il est possible de produire des combustibles hydrocarbonés neutres en carbone à partir de la lumière du Soleil et de l’air dans des conditions réelles de terrain”, explique Aldo Steinfeld, professeur en énergies renouvelables à l’ETH Zurich, dont le groupe de recherche a développé la technologie. “Le processus thermochimique utilise tout le spectre solaire et se déroule à haute température, permettant des réactions rapides et une grande efficacité.”

La mini-raffinerie solaire sur un toit zurichois prouve que la technologie est réalisable, même dans les conditions climatiques qui règnent dans la ville. Il produit environ un décilitre de carburant par jour (un peu moins d’une demi-tasse).

Le combustible produit par la raffinerie solaire. (Crédit : Alessandro Della Bella/ETH Zurich)

M. Steinfeld et son groupe travaillent déjà à un test à grande échelle de leur réacteur solaire dans une tour solaire près de Madrid, réalisé dans le cadre du projet Sun-to-Liquid de l’UE.

L’objectif suivant est de mettre la technologie à l’échelle de la mise en œuvre industrielle et de la rendre économiquement compétitive.

“Une centrale solaire d’une superficie d’un kilomètre carré pourrait produire 20 000 litres de kérosène par jour”, explique Philipp Furler, directeur de Synhelion et ancien doctorant dans le groupe Steinfeld. “Théoriquement, une usine de la taille de la Suisse – soit un tiers du désert californien de Mojave – pourrait couvrir les besoins en kérosène de l’industrie aéronautique tout entière. Notre objectif pour l’avenir est de produire efficacement des carburants durables avec notre technologie et de réduire ainsi les émissions mondiales de CO2.”

L’usine de recherche produit du gaz de synthèse, qui peut être transformé en hydrocarbures liquides par synthèse conventionnelle au méthanol ou Fischer-Tropsch. (Crédit : Alessandro Della Bella/ETH Zurich)

Comment fonctionne la raffinerie solaire

La chaîne de processus du nouveau système combine trois processus de conversion thermochimique :

• L’extraction du CO2 et de l’eau de l’air.
• La division solaire thermochimique du CO2 et de l’eau.
• Leur liquéfaction ultérieure en hydrocarbures.

Un processus d’adsorption/désorption extrait le CO2 et l’eau directement de l’air ambiant. Tous deux entrent alors dans le réacteur solaire au foyer d’un réflecteur parabolique. Le rayonnement solaire est concentré par un facteur de 3 000, générant de la chaleur à une température de 1 500 degrés Celsius à l’intérieur du réacteur solaire.

Au cœur du réacteur solaire se trouve une structure céramique en oxyde de cérium, qui permet une réaction en deux étapes – le cycle redox – pour séparer l’eau et le CO2 en gaz de synthèse. Ce mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone peut ensuite être transformé en hydrocarbures liquides par synthèse conventionnelle au méthanol ou Fischer-Tropsch.

Le groupe de recherche de Steinfeld a déjà mis au point deux entreprises dérivées : Synhelion, fondée en 2016, qui commercialise la technologie de production de combustible solaire, et Climeworks, fondée déjà en 2010, qui commercialise la technologie de captage du CO2 dans l’air.

Lire aussi : Ce conteneur permet d’obtenir 2 000 litres d’eau par jour avec l’air

Sources : Futurity, ETH Zurich – Traduit par Anguille sous roche