Production de méthane synthétique de manière plus flexible

Le tournant énergétique exige des sources d'énergie respectueuses du climat, c'est-à-dire dont la production et l'utilisation génèrent le moins d'émissions de CO₂ possible - dans l'idéal, pas du tout. Les sources d'énergie synthétiques, c'est-à-dire celles qui sont obtenues par des processus de transformation à partir d'énergie renouvelable, s'imposent en tant que solution entre autres pour cela. En effet, l'utilisation de telles sources d'énergie ne produit que la quantité de CO₂ qui a été extraite de l'atmosphère pour leur production.

Le méthane produit artificiellement entre dans cette catégorie. «Le gaz synthétique offre un énorme potentiel lorsqu'il est produit à partir de CO₂ atmosphérique et d'hydrogène produit de manière renouvelable», explique Christian Bach, directeur du département Systèmes de propulsion automobile de l'Empa. «Mais pour produire de l'hydrogène, il faut non seulement de l'électricité renouvelable, mais aussi beaucoup d'eau. Dans notre démonstrateur de mobilité «move», nous voulons donc extraire de l'atmosphère non seulement le CO2, mais aussi l'eau nécessaire à la production d'hydrogène à l'aide d'un collecteur de CO₂ de la spin-off «Climeworks» de l'ETH Zurich, directement sur place. De tels concepts pourraient alors être mis en œuvre à l'avenir dans des régions désertiques dépourvues de réserves d'eau liquide.

La production de méthane synthétique à partir d'hydrogène et de CO₂ - ce que l'on appelle la méthanisation - a toutefois ses inconvénients. En effet, le gaz produit par un procédé catalytique contient jusqu'à présent également de l'hydrogène, ce qui rend impossible une injection directe dans le réseau de gaz. Les chercheurs de l'Empa Florian Kiefer, Marin Nikolic, Andreas Borgschulte et Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler ont donc développé un nouveau concept de réacteur dans lequel la formation d'hydrogène est empêchée du côté du produit. Les chercheurs de l'Empa obtiennent ainsi une conduite plus simple du processus et une meilleure aptitude à l'exploitation dynamique, c'est-à-dire par exemple au couplage avec des énergies renouvelables disponibles de manière intermittente. Le projet est soutenu par le canton de Zurich, Avenergy Suisse, Migros, Lidl Suisse, Armasuisse, Swisspower ainsi que par le Conseil des ETH.

Injection directe dans le réseau de gaz grâce à l'adsorption d'eau

Le méthane sans hydrogène est produit dans le «move» par la méthanisation dite renforcée par sorption. L'idée est la suivante : L'eau produite par la réaction est adsorbée en permanence sur un support catalytique poreux pendant le processus de méthanisation. Cette élimination continue de l'eau a pour conséquence que le produit obtenu est uniquement du méthane - sous forme pure. Il n'est donc pas nécessaire de purifier le mélange de produits «comme c’est le cas jusqu'à présent». À la fin de la réaction, le support de catalyseur est à nouveau séché par réduction de la pression - et est prêt pour le prochain cycle de réaction. «Ce processus est plus flexible et plus stable que les procédés précédents, mais il a aussi un certain potentiel d'économie d'énergie, car nous fonctionnons à une pression de réacteur plus basse et pouvons renoncer à la séparation et au recyclage de l'hydrogène. Une évaluation précise de l'efficacité énergétique ne sera toutefois possible que lorsque le démonstrateur sera terminé», explique Florian Kiefer, responsable du projet de méthanisation renforcée par sorption au sein de «move».