• Aldo Steinfeld, professeur à l’ETH Zürich, a passé 15 ans à développer un procédé pour transformer l’air en kérosène prêt à voler.
  • Une mini-raffinerie sur le toit du laboratoire de machines de l’université a testé avec succès la technologie en 2019.
  • Le procédé neutre en carbone extrait le dioxyde de carbone (CO2) de l’air pendant le processus de conversion, comme décrit dans un nouveau papier publié dans la revue Joule.

    Aldo Steinfeld, professeur au Département de génie mécanique et des procédés de l’ETH Zürich, affirme que son système de conversion de l’air ambiant en kérosène prêt à voler à l’aide d’une tour de raffinage solaire n’est pas de la science-fiction. C’est juste de la thermodynamique.

    Lors d’une preuve de concept de deux ans au sommet du bâtiment du laboratoire de machines de l’ETH Zürich en Suisse en 2019, la mini raffinerie solaire de Steinfeld a d’abord montré le fonctionnement du processus et jeté les bases de la mise à l’échelle du projet. Le dioxyde de carbone (CO2) et l’eau sont extraits directement de l’air ambiant et décomposés avec l’énergie solaire, comme Steinfeld décrit son travail dans un nouveau papierpublié à la fin du mois dernier dans le magazine Joule. Le résultat est du gaz de synthèse, un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone, qui est ensuite transformé en kérosène.

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    « La conception du réacteur solaire, la technologie fondamentale, a été la plus difficile », explique Steinfeld. Mécaniques populaires. « Nous avons évalué les performances du réacteur solaire sur la base de cinq paramètres principaux et validé expérimentalement son fonctionnement stable et son intégration complète dans la centrale à combustible de la tour solaire. »

    L’usine est passée d’un mini-état à un test à plus grande échelle lorsque l’équipe a exploité un raffineur solaire à l’Institut de l’énergie IMDEA en Espagne en 2021. Elle ne fera que continuer à croître. « L’efficacité de la conversion solaire-carburant doit être augmentée pour que la technologie soit économiquement compétitive », déclare Steinfeld. Il travaille déjà sur l’optimisation de la structure avec l’impression 3D pour améliorer l’absorption radiative volumétrique, conduisant à une plus grande efficacité énergétique.


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      Pour aider à transformer le projet de recherche en une réalité commerciale, Synhelion, une spin-off du Machine Laboratory de l’ETH Zürich, prévoit déjà de mettre en service la première centrale à combustible solaire industrielle au monde à Julich, en Allemagne. En mars, Swiss International Air Lines a annoncé Ce sera la première compagnie aérienne à voler au kérosène alimenté à l’énergie solaire.

      Prouver le concept était une « étape majeure vers la production à l’échelle industrielle ». Steinfeld dit qu’une centrale solaire à échelle commerciale pourrait récolter 100 MW d’énergie solaire radiative pour produire environ neuf millions de gallons de kérosène par an. Il faudrait environ 2,3 miles carrés pour le faire fonctionner. L’empreinte terrestre totale qui, selon Steinfeld, est nécessaire pour créer suffisamment de centrales solaires pour « satisfaire complètement la demande mondiale » est égale à environ la moitié de la superficie du désert du Sahara.

      Le processus thermochimique passe par trois unités de conversion, toutes en série. Il capture d’abord l’air ambiant pour en extraire le CO2 et le H2O avant qu’une unité solaire redox ne convertisse le CO2 et le H2O (les produits chimiques sont chauffés par le rayonnement solaire) en un gaz de synthèse, un mélange spécifique de CO et de H2. La troisième étape est une unité de synthèse gaz-liquide, qui convertit le gaz de synthèse en hydrocarbures liquides, utilisables comme kérosène dans le carburéacteur.

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      « Nous avons réussi à démontrer la faisabilité technique de toute la chaîne de procédés thermochimiques pour convertir la lumière du soleil et l’air ambiant en carburants de transport », a déclaré Steinfeld. « Le système intégré global atteint un fonctionnement stable dans des conditions réelles de rayonnement solaire intermittent et sert de plate-forme unique pour la recherche et le développement ultérieurs. »

      Le processus est neutre en carbone car l’énergie solaire est utilisée pour la production et ne libère que la quantité de CO2 qui était auparavant extraite pour la production. Si les matériaux de construction de la tour solaire sont créés à partir d’énergies renouvelables, il affirme que l’ensemble du processus peut produire zéro émission.

      Steinfeld dit que se concentrer sur le carburant d’aviation peut aider à réduire les émissions de carbone de l’une des principales industries qui contribuent à cette pollution. « Ces émissions peuvent être évitées en remplaçant le kérosène à base fossile par du kérosène à base solaire », dit-il. « Notez que le kérosène solaire est entièrement compatible avec les infrastructures existantes pour le stockage, la distribution et l’utilisation finale du carburéacteur, et peut être mélangé avec du kérosène d’origine fossile. Ainsi, le kérosène solaire peut contribuer à rendre l’aviation plus durable.

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