Transformer les idées commerciales positives pour le climat en réalité
A l'ETH Zurich, les chercheurs sont de plus en plus nombreux à oser sortir leurs découvertes du laboratoire pour les mettre en pratique. Avec leurs entreprises, les fondateurs veulent contribuer directement à freiner l'augmentation du taux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Le "réchauffement manifeste du système climatique" est bien documenté dans le cinquième rapport mondial sur le climat du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) : Jamais au cours des 800 000 dernières années, la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère n'a été aussi élevée qu'aujourd'hui. Depuis 1750, l'humanité a libéré 555 milliards de tonnes de carbone, ce qui a fait augmenter la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère de 40 % par rapport à la concentration préindustrielle. Parallèlement, la température moyenne à la surface de la Terre a augmenté de 0,85 degré Celsius entre 1880 et 2012. Comme les quantités de neige et de glace fondent à l'échelle mondiale, le niveau des mers augmente, en moyenne de trois millimètres par an.
Les scientifiques s'accordent à dire que l'humanité doit faire tout ce qui est en son pouvoir pour freiner l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre, voire l'inverser. A l'ETH Zurich, les chercheurs ne se contentent pas de présenter des contributions possibles à la protection du climat, ils sont de plus en plus nombreux à sortir de l'académie - et à utiliser leur énergie pour transformer en réalité des idées commerciales positives pour le climat. Sur les 242 spin-offs créés à l'ETH Zurich depuis 2010, 34 entreprises contribuent à enrayer le réchauffement climatique. Regardons de plus près deux exemples, l'un dans le secteur de l'énergie, l'autre dans celui de la construction.
Des carburants climatiquement neutres issus de l'air et de la lumière du soleil
Depuis sa création en 2016, Synhelion développe une technologie solaire - qui ressemble à de la magie - permettant d'inverser le processus de combustion. ? partir de l'air et de la lumière du soleil uniquement, l'entreprise entend produire des carburants liquides synthétiques. Lors de leur combustion, ces carburants solaires n'émettent que la quantité de CO2 que ce qui a été prélevé auparavant dans l'air. Ils ont donc le potentiel de rendre l'industrie du transport pratiquement climatiquement neutre. Actuellement, l'ensemble du trafic aérien, maritime et routier rejette environ huit milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et est ainsi responsable d'un quart des émissions de CO2-, les carburants fossiles sont responsables d'une grande partie des émissions de CO2.
"Nous pensons que les carburants solaires liquides sont un élément important de la transition énergétique", déclare Gianluca Ambrosetti, le CEO de Synhelion. En effet, aucune autre source d'énergie ne peut rivaliser, même de loin, avec les carburants liquides en termes de densité énergétique, mais aussi de stockage à long terme. "? cela s'ajoute le fait que nos carburants solaires sont une technologie drop-in qui ne nécessite pas la construction d'une infrastructure supplémentaire", explique Ambrosetti. "Nos carburants peuvent être préparés dans les raffineries déjà existantes et distribués via le réseau de stations-service existant".
Un rayonnement solaire concentré plusieurs milliers de fois
La technologie solaire sophistiquée de Synhelion repose sur trois innovations, toutes inventées à l'origine par le groupe de recherche d'Aldo Steinfeld, professeur en énergies renouvelables à l'ETH Zurich - et désormais développées par Synhelion. Premièrement, le Solar Receiver, une cavité noire derrière un verre de quartz transparent. C'est là que le rayonnement solaire, concentré plusieurs milliers de fois par des miroirs, arrive - et chauffe le gaz de transport à bien plus de 1000 degrés Celsius. Deuxièmement, le réacteur thermochimique en céramique qui, lorsqu'il est suffisamment chauffé par le gaz de transport chaud, peut décomposer l'eau et le dioxyde de carbone et les transformer en un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone, appelé syngaz. (Le syngaz peut être transformé par des procédés conventionnels en différents carburants liquides, comme le méthanol, l'essence ou le kérosène). Et troisièmement, un accumulateur d'énergie thermique qui assure le fonctionnement du réacteur même la nuit et les jours nuageux.
Il y a un an et demi, l'équipe de Steinfeld a installé sur le toit du laboratoire de machines de l'ETH Zurich une mini-installation de raffinage qui produit environ un décilitre de méthanol par jour. "Nous avons ainsi prouvé que la production de carburant durable à partir de la lumière du soleil et de l'air fonctionne également dans des conditions réelles", explique Steinfeld.
Il s'agit maintenant de faire évoluer les processus, d'augmenter l'efficacité - et de réduire les co?ts, dit Ambrosetti. Ambrosetti répond aux doutes concernant l'évolutivité avec une certaine compréhension. "Il faudra encore au moins cinq ans avant que nous puissions utiliser la technologie à l'échelle industrielle", c'est pourquoi Synhelion mise sur une solution intermédiaire, le "Solar Upgrading", pour réduire le temps nécessaire à la mise sur le marché. "Si nous ajoutons du méthane au mélange gazeux composé d'eau et de dioxyde de carbone, la conversion thermochimique en syngaz peut se faire à partir de 800 °C", explique Ambrosetti. "Gr?ce à cette simplification, nous devrions être en mesure, d'ici deux ans, de produire à un prix compétitif des carburants solaires qui émettent, en termes nets, deux fois moins de CO2 libèrent comme les combustibles fossiles".
Transformer le dioxyde de carbone en pierre
C'est une toute autre idée qui sous-tend le modèle d'affaires de Neustark : le spin-off de l'ETH fondé en 2019 fait avancer une technologie qui permet d'obtenir du calcaire de haute qualité à partir de béton concassé - tout en transformant le dioxyde de carbone en pierre et en le stockant durablement. "Dans le domaine de la construction, l'industrie n'a obtenu jusqu'à présent que de petites réductions d'émissions, car une grande partie des connaissances issues de la recherche sont mises en veilleuse et ne sont pas appliquées", explique Johannes Tiefenthaler, l'un des deux fondateurs de Neustark. "Je veux utiliser l'énergie que je consacre à mon doctorat pour faire bouger les choses".
Déjà pendant son travail de master, Tiefenthaler s'est penché sur différentes possibilités de faire réagir le dioxyde de carbone avec des substances minérales et de le transformer en roches carbonatées. En fait, il y aurait suffisamment de matières minérales sur la Terre pour fixer plusieurs centaines de milliards de tonnes de dioxyde de carbone. Mais comme ces matériaux, comme les silicates de magnésium, ne sont pas particulièrement réactifs, ils doivent d'abord être chauffés à 700 degrés Celsius, explique Tiefenthaler. En revanche, les matériaux de déconstruction concassés en granulés de béton se sont révélés très réactifs, en raison de la surface globalement énorme des nombreuses particules millimétriques. Même sans traitement préalable, le béton concassé forme avec le dioxyde de carbone des composés chimiques très stables.
"Ce qui m'a attiré, c'est que la solution n'est pas à attendre dans cinq ou dix ans, mais qu'elle est déjà à portée de main", explique l'autre fondateur de Neustark, l'économiste Valentin Gutknecht. Pour lui, le plus grand défi en ce moment est de jongler entre de nombreux domaines thématiques différents, dit Gutknecht. "Nous devons non seulement ma?triser les propriétés du béton, mais aussi nous frayer un chemin sur les chemins tortueux des émissions de CO2-certifications s'y retrouvent".
Les émissions négatives de CO2-Des émissions négatives qui génèrent un bénéfice économique
Tandis que Tiefenthaler bricole la prochaine génération de technologie pour la minéralisation du dioxyde de carbone au Département de génie mécanique et des procédés, Gutknecht s'occupe des aspects opérationnels avec une équipe de plus en plus nombreuse : Dans le cadre d'un projet soutenu par l'Office fédéral de l'environnement et la Fondation suisse pour le climat, Neustark a installé une installation pilote en forme de conteneur orange vif sur le site de la centrale à béton K?stli à Rubigen, dans le canton de Berne. Dans ce conteneur, les matériaux de démolition d'anciennes constructions en béton sont débarrassés de leur CO liquide.2 est entouré d'un courant d'air. Après un bain de dioxyde de carbone d'environ deux heures, les morceaux de vieux béton ont certes toujours le même aspect, mais ils pèsent nettement plus lourd, car ils contiennent dans les pores fins de leur surface friable environ dix kilogrammes de CO2 par mètre cube absorbé.
Le dioxyde de carbone forme alors une liaison chimique avec l'oxyde de calcium contenu dans le vieux béton. Il en résulte des cristaux de calcaire qui affinent de manière décisive les propriétés du béton de démolition : lorsque la centrale à béton mélange du béton recyclé à partir du matériau de démolition traité, elle a besoin de moins de ciment pour obtenir la même résistance. La production mondiale de béton libère chaque année plus de deux milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l'air - et représente ainsi environ sept pour cent des émissions anthropogènes de CO2-, mais aussi les émissions de CO2. Ainsi, si la technologie de Neustark aide à réduire les besoins en ciment dans le secteur de la construction, ses émissions de CO2-La production de ciment permet d'éviter une partie des émissions.
Mais Gutknecht et Tiefenthaler attirent tous deux l'attention sur un aspect supplémentaire : Gr?ce à leur astuce consistant à prélever du dioxyde de carbone dans l'air - et à le bourrer dans les pores des granulats de béton pour le fixer durablement sous forme de calcaire, ils peuvent réduire le CO2-peuvent même annuler les émissions de CO2. "Il n'existe que très peu d'approches techniques pour de véritables émissions négatives", explique Tiefenthaler. Jusqu'à présent, l'application de ces approches reste limitée, notamment en raison de l'absence de modèles incitatifs et commerciaux convaincants. "? cet égard, notre approche est unique, car nous montrons qu'il est possible de créer une valeur ajoutée en fixant le dioxyde de carbone", explique Gutknecht. "Les propriétés affinées de la démolition du béton prouvent que les émissions négatives ne co?tent pas seulement - mais peuvent même générer un bénéfice économique", ajoute Gutknecht.
Ce texte a été publié dans le numéro 20/04 du magazine de l'ETH. Globe paru.