Des chercheurs de l'Université de Floride centrale convertissent désormais le méthane en énergie et en matériaux utiles. Les avancées technologiques dans l'utilisation du méthane sont le fruit de la collaboration entre Laurene Tetard, nanotechnologue, et Richard Blair, expert en catalyse. Des méthodes innovantes ont été développées pour utiliser le méthane, un puissant gaz à effet de serre, à cette fin. Cette technique utilise la lumière visible et des catalyseurs spéciaux pour produire de l'hydrogène à partir du méthane sans rejeter de carbone. Cette technologie permet également de créer des structures carbonées précises à très petite échelle, utiles à de nombreuses applications intéressantes.
Deux chercheurs de l'Université de Floride centrale (UCF) ont mis au point des techniques innovantes pour produire de l'énergie et des matériaux à partir du méthane, un gaz à effet de serre nocif. Cette innovation de l'UCF permet le méthane sera utilisé dans la production d'énergie verteCela contribuera davantage à créer des matériaux de haute performance pour la biotechnologie, les appareils intelligents, les cellules solaires et autres dispositifs. Depuis dix ans, la nanotechnologue Laurene Tetard et l'expert en catalyse Richard Blair collaborent à des recherches à l'UCF, ce qui a donné naissance à une série d'inventions innovantes.
Laurene Tétard est également professeur associé et président associé du département de physique de l'UCF, ainsi que chercheur au NanoScience Technology Center. Richard Blair est professeur de recherche au Florida Space Institute, UCF.
Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), l'impact du méthane sur l'atmosphère terrestre est 28 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone, un autre gaz à effet de serre important, sur une période de 100 ans. Le méthane est capable de piéger davantage de radiations, même si sa durée de vie dans l'atmosphère est plus courte que celle du dioxyde de carbone. Les principaux facteurs contribuant aux rejets de méthane dans l'atmosphère sont les activités énergétiques et industrielles, les pratiques agricoles et la présence de décharges.
Forte collaboration
En tant que collaborateurs de recherche expérimentés, Tetard et Blair connaissent bien le vieil adage : « Si vous ne réussissez pas du premier coup, essayez encore et encore. »
Tetard a dit, « Il a fallu du temps pour obtenir des résultats vraiment prometteurs. Au début, une grande partie de la caractérisation que nous essayions de faire ne fonctionnait pas comme nous le souhaitions. Nous avons discuté à maintes reprises d'observations déroutantes. »
Cependant, ils ont persisté sans relâche et leur détermination inébranlable les a finalement récompensés par de nouvelles innovations. Richard a mille et une idées pour résoudre les problèmes. « Donc, on finirait par trouver quelque chose qui fonctionne. » Tetard ajouté.
Présentation d'une approche améliorée et plus écologique de la production d'hydrogène
L’invention initiale implique une approche innovante de produire de l'hydrogène à partir d'hydrocarbures, comme le méthane, tout en éliminant la libération de gaz carbonique.
L'innovation se concentre sur l'utilisation de lumière visible, comme les lasers, les lampes ou les sources solaires, et des photocatalyseurs riches en bore à défauts modifiés. Cette approche met en évidence les capacités remarquables des matériaux nanométriques, permettant la capture et la conversion d'hydrocarbures comme le méthane grâce à la lumière visible. Ingénierie des défauts implique la création de matériaux aux structures irrégulières.
Certains contaminants, comme le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone ou les composés polyaromatiques supérieurs, sont fréquemment produits lors d'une réaction sur des catalyseurs conventionnels à des températures plus élevées. Cependant, l'hydrogène produit par l'invention de l'UCF est exempt de ces contaminants.
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Ainsi, les chercheurs convertissent le méthane en énergie et en matériaux utiles, exempts d'impuretés. Ce développement a le potentiel de réduire le coût des catalyseurs utilisé dans la production d'énergie, améliorer la conversion photocatalytique dans le domaine visible, et optimiser l'utilisation L'énergie solaire est utilisée pour la catalyse. Les applications potentielles de l'hydrogène sur le marché incluent des applications à grande échelle pour la capture et la conversion du méthane, ainsi que la participation à des parcs solaires.
Richard Blair a déclaré : « Cette invention est en fait une solution à double tranchant. On obtient de l'hydrogène vert et on élimine – sans vraiment le séquestrer – le méthane. On transforme le méthane en hydrogène et en carbone pur, utilisables notamment pour les batteries. »
Selon lui, le méthane et l’eau, ainsi que les températures élevées, étaient traditionnellement utilisé dans la production d'hydrogène. Mais ce processus émet du dioxyde de carbone en même temps que la production d'hydrogène.
Blair a ajouté : « Notre procédé utilise un gaz à effet de serre, le méthane, et le convertit en un gaz non GES et en deux produits de valeur, l'hydrogène et le carbone. Nous avons ainsi éliminé le méthane du cycle. »
Il a été observé que le Laboratoire Exolith à l'UCF Il a réussi à exploiter l'énergie solaire pour produire de l'hydrogène à partir de méthane, grâce à la mise en œuvre d'un système de concentration solaire robuste. Il suggère que les pays dépourvus de sources d'énergie abondantes pourraient exploiter cette invention en combinant méthane et lumière solaire. Le méthane est présent dans des endroits comme les décharges, les zones industrielles et agricoles, les stations d'épuration, ainsi que dans les systèmes pétroliers et gaziers.
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Production de nanostructures ou de microstructures de carbone sans contamination
La technologie de Tetard et Blair crée des structures de carbone précises à l'échelle nanométrique et micrométrique En utilisant la lumière et un photocatalyseur conçu à partir de défauts. Parmi les exemples, on peut citer le monoxyde de carbone, l'éthane, le méthane, le propane et le propène.
Laurène Tetard a dit, « C'est comme avoir une imprimante 3D carbone plutôt qu'une imprimante 3D polymère. Avec un tel outil, nous pourrions même concevoir des échafaudages en carbone impossibles à réaliser aujourd'hui. Notre rêve est de fabriquer des matériaux carbone haute performance à partir de méthane, une technique encore peu répandue à l'heure actuelle. »
« Cette invention serait donc un moyen de fabriquer de tels matériaux à partir du méthane de manière durable et à grande échelle industrielle », Blair a ajouté.
Les structures de carbone produites sont petit et bien structuré, permettant un agencement précis avec des tailles et des motifs précis. Blair a déclaré : « On parle maintenant d'applications coûteuses, par exemple pour des dispositifs médicaux ou de nouveaux capteurs chimiques. Cela devient une plateforme pour le développement de toutes sortes de produits. Leur application n'a de limite que l'imagination. »
Les chercheurs convertissent le méthane en énergie et en matériaux utiles, mais certains ajustements restent nécessaires. Les méthodes de conception pourraient intégrer divers lasers ou l'éclairage solaire, car le processus de croissance peut être ajusté à différentes longueurs d'onde, et le laboratoire de Tetard s'efforce de réduire la taille. Tetard a déclaré : « Nous essayons de réfléchir à un moyen d’apprendre du processus et de voir comment nous pourrions le faire fonctionner même à des échelles plus petites : contrôler la lumière dans un volume minuscule. »
« Actuellement, la taille des structures est microscopique, car le volume focal lumineux que nous créons est microscopique. » Ainsi, si nous parvenons à contrôler la lumière dans un volume minuscule, nous pourrions peut-être créer des objets nanométriques pour des nanostructures structurées mille fois plus petites. C'est une solution que nous envisageons de mettre en œuvre à l'avenir. Et si cela devient possible, nous pourrions en tirer de nombreuses possibilités. » Tetard ajouté.
