Équipe CERT (Carbon Electrocatalytic Recycling Toronto) photo de groupe.

Transformer un gaz nuisible en ressource : le groupe ontarien CERT fait évoluer les technologies de conversion du CO2

Un petit groupe de dix chercheurs de l'Université de Toronto s'attaque à l'un des plus grands problèmes d'aujourd'hui : les changements climatiques. Cette équipe multidisciplinaire appelée CERT (Carbon Electrocatalytic Recycling Toronto) a trouvé une façon de transformer le dioxyde de carbone en combustibles et en matières premières avec de l'eau et de l'électricité seulement. Ce procédé modulaire en circuit fermé ne produit aucune émission de carbone, est adaptable à différentes échelles et, selon l'équipe, pourrait rendre possible le stockage à long terme d'énergie renouvelable.

C'est grâce à ses résultats concluants en laboratoire que CERT est devenue la seule équipe ontarienne à se classer parmi les dix finalistes du Carbon XPRIZE, un concours international qui encourage les percées technologiques visant à transformer les émissions de dioxyde de carbone en produits utiles. Le concours se divise en trois rondes, dont les deux premières sont déjà terminées, et prendra fin en mars 2020. Les deux équipes gagnantes remporteront chacune un grand prix de 7,5 millions de dollars. C'est donc dire que CERT n'a plus que deux ans pour appliquer son procédé à grande échelle, dans des conditions réelles, et prouver qu'il s'agit d'une solution efficace contre les changements climatiques.

Une méthode unique de conversion du CO2

CERT est un chef de file des technologies de récupération d'énergie solaire ayant mis au point sept cellules solaires à nanocristaux dont l'efficacité a établi un record mondial. L'équipe se penche actuellement sur le défi que représente l'intermittence de l'énergie solaire : puisqu'on ne peut recueillir cette énergie à la noirceur ou par temps nuageux, par exemple, il faut trouver une solution de stockage à long terme pour y avoir accès en cas de besoin. L'équipe s'est donc tournée vers l'électrocatalyse, un procédé qui consiste à utiliser une énergie renouvelable et de l'eau pour transformer le dioxyde de carbone en combustibles ou en matières premières.

« Nous utilisons l'électrochimie, explique Phil De Luna, doctorant à l'Université de Toronto et membre de CERT. Le principe consiste à convertir la lumière du soleil en énergie électrique… que l'on utilise ensuite pour transformer le CO2 en quelque chose d'utile. »

Voilà une explication bien simple pour un procédé qui n'a en fait rien de simple. En termes plus techniques, pour faciliter la conversion électrocatalytique du CO2 en combustibles et en matières premières utiles, il faut utiliser des catalyseurs nouveau genre ultra efficaces faits de matériaux nanostructurés. L'équipe a donc mis au point un catalyseur anodique de dissociation de l'eau composé de métaux terreux communs abondants et abordables, ainsi qu'un catalyseur de conversion du CO2 à base de nanométaux synthétisés par des techniques de traitement des matériaux avancés. Ces catalyseurs sont ensuite mis ensemble dans un système compact et adaptable à différentes échelles qui convertit efficacement le CO2 en produits de carbone utilisables. Ce procédé représente à la fois une solution aux émissions de dioxyde de carbone et au stockage d'énergie, puisque l'équipe est ainsi en mesure de stocker le dioxyde de carbone capté.

D'autres technologies de conversion du CO2 sont en développement, mais M. De Luna estime que ce ne sont pas des solutions idéales puisqu'elles sont difficiles à adapter à différentes échelles selon les besoins de stockage d'énergie.

« Notre technologie a plusieurs avantages. Premièrement, nous pouvons l'alimenter avec de l'énergie renouvelable. Deuxièmement, elle est très modulaire et adaptable, et relativement compacte. Troisièmement, elle est souple et polyvalente en ce qui a trait au chargement et au déchargement. Enfin, les produits qui en sont issus peuvent répondre à la demande d'un marché important et ainsi réduire considérablement les émissions de CO2. »

M. De Luna croit que cette technologie sera particulièrement intéressante pour les industries qui souhaitent réduire leur empreinte carbone, par exemple les industries du pétrole et du gaz, de la pétrochimie et de la chimie.

« Grâce à notre technologie, elles pourront poursuivre leurs activités actuelles tout en réduisant leurs émissions de CO2 et en mettant à profit le CO2 qu'elles captent. »

On n'est jamais aussi bien que chez soi

L'équipe a commencé l'élaboration de ce procédé il y a quatre ans, sous la supervision de Ted Sargent, professeur et vice-président international de l'Université de Toronto. Depuis le début de sa participation au concours XPRIZE en 2015, elle a pu, à la première ronde, décrire sa technologie, son procédé, les produits possibles et les méthodes qu'elle compte employer pour respecter les exigences et atteindre les objectifs du concours, et, à la deuxième ronde, faire une démonstration de sa technologie à petite échelle au moyen d'une simulation d'émissions de gaz de combustion par une centrale électrique. La troisième ronde consistera à faire la démonstration de sa technologie dans des conditions réelles, à une échelle dix fois plus grande que celle de la demi-finale, à l'un des deux sites d'essai prévus à cette fin : une centrale au charbon, au Wyoming, ou une centrale au gaz naturel, en Alberta.

CERT est fière de s'être classée parmi les dix finalistes du concours international. Fait intéressant, quatre de ces équipes sont canadiennes, et seule CERT est ontarienne. M. De Luna croit que la réussite de l'équipe dans le concours jusqu'ici repose en grande partie sur son lieu (et surtout sur sa province) d'origine.

En effet, elle a pu compter sur une aide financière absolument essentielle à la réalisation de son projet.

« Nous n'en serions tout simplement pas là sans le soutien des Centres d'excellence de l'Ontario; nous n'aurions jamais eu les moyens, affirme M. De Luna. Ils ont été et demeurent indispensables. »

L'importance qu'accorde le Canada à l'énergie propre a aussi été d'une grande aide.

« Notre pays prend les changements climatiques au sérieux. Rares sont ceux qui accordent autant d'importance à la réduction des émissions, et c'est pourquoi nous croyons que notre technologie pourrait se développer pleinement ici. »

C'est d'ailleurs l'un des nombreux facteurs derrière la sélection de la centrale au gaz naturel albertaine pour la troisième ronde du concours : CERT veut concentrer ses efforts au Canada, d'une part en raison du bouquet énergétique qui s'y trouve et du soutien qu'elle reçoit, et d'autre part parce qu'elle souhaite contribuer à la croissance du secteur canadien des technologies propres et à son positionnement en tant que chef de file mondial.

« Nous ne pourrions y arriver ailleurs », ajoute-t-il. Et cela leur convient parfaitement.

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28 juin 2018

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