Le réacteur à combustible solaire exploite la chaleur de la lumière solaire concentrée pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en gaz de synthèse.
Des ingénieurs de l’ETH Zurich ont fait la démonstration d’un système pilote capable de produire des carburants à partir de la lumière du soleil et de l’air. Le dispositif capte le dioxyde de carbone et l’eau de l’atmosphère et utilise l’énergie solaire pour les convertir en gaz de synthèse, qui est ensuite transformé en carburant liquide essentiellement neutre en carbone.
Grâce à une meilleure compréhension des dommages causés par les émissions humaines de dioxyde de carbone, de nombreux efforts sont déployés pour assurer la transition vers les véhicules électriques, l’hydrogène, les piles à combustible et d’autres formes d’énergie durables. Toutefois, ces progrès nécessiteront d’importants changements dans les infrastructures existantes, ce qui peut ralentir leur mise en œuvre.
En attendant, les carburants synthétiques pourraient constituer une solution décente. Ils sont conçus pour imiter les carburants liquides actuels à base d’hydrocarbures, mais sont produits à partir de sources renouvelables, comme la biomasse, les déchets ou le carbone déjà présent dans l’atmosphère. Et comme ils remplacent ou complètent les combustibles fossiles, ils peuvent être « parachutés » dans les moteurs et les infrastructures existants.
Dans cette nouvelle étude, des chercheurs de l’ETH Zurich ont mis au point et testé un nouveau système capable de produire ces carburants « drop-in » en utilisant uniquement la lumière du soleil et l’air. Le carburant qui en résulte est neutre en carbone, ne libérant lors de sa combustion que la quantité de dioxyde de carbone que sa production a permis de retirer de l’air à l’origine.
Le système se compose de trois unités : une unité de capture directe de l’air, une unité d’oxydoréduction solaire et une unité de transformation du gaz en liquide. La première section aspire l’air ambiant et utilise l’adsorption pour en extraire le dioxyde de carbone et l’eau. Ceux-ci sont ensuite acheminés vers la deuxième unité, où l’énergie solaire est exploitée pour déclencher des réactions chimiques.
Un concentrateur parabolique multiplie par 3 000 la lumière du soleil sur le réacteur solaire, créant des températures de 1 500 °C. À l’intérieur du réacteur se trouve une structure céramique faite d’oxyde de cérium, qui absorbe l’oxygène du dioxyde de carbone et de l’eau entrant, produisant de l’hydrogène et du monoxyde de carbone – le gaz de synthèse.
Le gaz de synthèse peut être récupéré pour être utilisé, ou il peut être acheminé vers la troisième unité, où il est converti en hydrocarbures liquides comme le kérosène ou le méthanol.
Pour tester le concept, les chercheurs ont installé un petit système pilote de 5 kW sur le toit d’un bâtiment. Fonctionnant sept heures par jour sous la lumière intermittente du soleil, le dispositif a pu produire 32 ml de méthanol par jour.
Ce n’est pas beaucoup, mais l’équipe affirme que cela montre que le concept fonctionne et qu’il pourrait être étendu à la production commerciale. Une usine à grande échelle pourrait ressembler à une centrale solaire thermique, avec un champ de concentrateurs focalisant la lumière du soleil sur une tour centrale. L’équipe calcule qu’une usine utilisant 10 de ces champs, chacun recueillant 100 MW de puissance radiative solaire, pourrait produire 95 000 L de kérosène par jour. C’est suffisant pour faire voyager un Airbus A350 de Londres à New York et vice-versa.
Pour couvrir la totalité de la demande de kérosène dans l’aviation, l’équipe a calculé qu’il faudrait environ 45 000 km2 de centrales solaires. Malheureusement, les coûts initiaux élevés pour mettre en place ces centrales rendraient ces combustibles plus chers que les combustibles fossiles qu’ils remplacent. Des subventions et des aides seraient donc nécessaires pour les faire décoller, ce qui pourrait limiter leur viabilité.
