Du carburant pour avion à partir de l'énergie solaire
Dans le cadre du projet Solarjet de l'UE, des scientifiques ont pour la première fois étudié toute la cha?ne de production de carburant liquide à partir d'eau et de CO2 démontré expérimentalement à l'aide de l'énergie solaire. La pièce ma?tresse du projet est un réacteur solaire développé à l'ETH Zurich.
Un consortium européen auquel participe l'ETH Zurich a apporté la preuve expérimentale de la faisabilité de la production de carburant liquide dans un processus thermochimique à l'aide d'énergie solaire concentrée. Outre l'ETH Zurich, le Centre allemand pour l'aéronautique et l'aérospatiale, l'entreprise de carburant Shell, le think tank Bauhaus Luftfahrt et l'entreprise de conseil Arttic ont participé au projet Solarjet, soutenu par l'UE.
La pièce ma?tresse du processus de fabrication du "kérosène solaire" durable est un réacteur solaire à haute température développé par le groupe d'Aldo Steinfeld, professeur en énergies renouvelables à l'ETH Zurich et directeur du laboratoire de technologie solaire de l'Institut Paul Scherrer. Le réacteur contient un absorbeur solaire poreux en céramique composé d'un oxyde métallique, le dioxyde de cérium. Ainsi, dans un processus cyclique en deux étapes dit d'oxydoréduction, l'eau et le CO2 clivé.
Gaz de synthèse pour la production de kérosène
La première étape, qui consomme beaucoup d'énergie, se déroule à 1500 degrés Celsius, l'énergie nécessaire étant fournie par un rayonnement solaire concentré. Au cours de cette première étape, l'oxyde métallique libère de l'oxygène et se présente ensuite sous une forme dite réduite. Lors de la deuxième étape, l'oxyde métallique réduit réagit à 700 degrés Celsius avec de la vapeur d'eau et du CO2,qui transfèrent des atomes d'oxygène à l'oxyde métallique. L'oxyde métallique a ainsi retrouvé sa forme initiale et le processus circulaire peut être relancé. Il en résulte un mélange gazeux d'hydrogène (H2)et du monoxyde de carbone (CO), appelé gaz de synthèse - ou syngaz. Il peut ensuite être utilisé pour synthétiser du carburant liquide.
"Nous avons réussi à effectuer 240 cycles avec le réacteur", explique Daniel Marxer, doctorant dans le groupe de Steinfeld. Les chercheurs de l'ETH ont ainsi obtenu 750 litres de syngaz, qu'ils ont envoyé à Amsterdam dans un réservoir sous pression. Là, une méthode bien établie (procédé Fischer-Tropsch) a permis de produire du kérosène dans un centre de recherche de Shell.
Explorer les applications industrielles
Dans une prochaine phase du projet, les partenaires impliqués souhaitent continuer à optimiser la technologie du réacteur solaire. "Cela implique notamment de maximiser l'efficacité de la conversion de l'énergie solaire en carburant", explique Steinfeld. "En ce qui concerne le réacteur solaire, le meilleur transfert de chaleur possible et la vitesse de réaction sont essentiels à cet effet". Les partenaires du projet souhaitent également explorer le potentiel de la technique pour une application industrielle, par exemple dans une installation de tour solaire, comme il en existe déjà pour la production d'électricité.
Il serait en outre envisageable d'utiliser le CO2 via des technologies de captage, par exemple à partir de l'atmosphère ou des gaz d'échappement. Ainsi, l'ensemble du processus serait neutre en termes de CO2-ne sera pas neutre. Les scientifiques sont toutefois conscients que pour alimenter un jour des avions entiers avec du carburant ainsi produit, de très grandes surfaces seraient nécessaires. "L'objectif est d'atteindre à long terme un rendement de 15 pour cent avec notre processus cyclique alimenté par l'énergie solaire", explique Steinfeld. Une installation solaire d'une surface d'un kilomètre carré pourrait ainsi produire 20'000 litres de kérosène par jour.
Galerie de photos : le réacteur solaire
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Gros plan sur le réacteur solaire. (Image : Peter Rüegg / ETH Zurich) -
Daniel Marxer, Aldo Steinfeld et Philipp Furler (de gauche à droite). (Image : Peter Rüegg / ETH Zurich) -
Le réacteur solaire (à gauche) est irradié par de la lumière concentrée provenant du simulateur solaire à haut flux. (Image : Peter Rüegg / ETH Zurich)