La production de graphite et d'hydrogène renouvelable à partir de déchets alimentaires
Essayons d'imaginer l'avenir tel que l'UE s'efforce de le façonner: les voitures sont électriques ou alimentées par piles à combustible à hydrogène, les déchets sont réutilisés et recyclés afin de réduire notre empreinte environnementale, et de nouveaux matériaux permettent de mettre au point des technologies révolutionnaires que nous n'aurions jamais pu envisager avant. Bien que cette vision paraisse ambitieuse, un projet européen bénéficiant d'un financement d'un peu plus de 4 millions d'euros tente d'en faire une réalité avec l'aide d'une technologie de traitement innovante. Le traitement par plasma que le projet PLASCARB (Innovative plasma based transformation of food waste into high value graphitic carbon and renewable hydrogen) a mis au point utilise les émissions de biogaz produites grâce à la digestion anaérobie des déchets alimentaires pour produire du carbone graphitique, un composé constitué de différentes couches de graphène, et de l'hydrogène renouvelable (RH2). «Nous soumettons les déchets alimentaires à un digesteur anaérobie, une technologie couramment utilisée pour produire du biogaz (CH4 et CO2). Ensuite, après purification, les déchets passent dans un réacteur à plasma à micro-ondes basse température pour produire le carbone graphitique (appelé PlasCarbon renouvelable) et l'hydrogène renouvelable», indique Neville Slack, coordinateur du projet pour le Centre for Process Innovation (CPI) du Royaume-Uni. Le graphite/carbone graphitique est un composant clé des batteries lithium-ion, tandis que l'hydrogène est utilisé dans de nombreuses industries chimiques et de transformation et en tant que combustible pour les piles à combustible à hydrogène. Le graphite/carbone graphitique rapporte quelque 10 milliards d'euros par an, et l'hydrogène devrait conquérir un marché qui représentait 286 millions de tonnes en 2016, dont 95 % sont actuellement obtenues à partir de combustibles fossiles. Démonstration pilote À l'origine, le projet avait pour objectif de valider à l'échelle pilote l'utilisation continue pendant un mois de ce traitement intégré. L'équipe avait prévu de construire sa propre installation afin de traiter 150 tonnes de déchets alimentaires mixtes et de générer plus de 25000m3 de biogaz. Elle devait ensuite transformer 2400m3 de ce biogaz en carbone à haute teneur en graphite d'une valeur commerciale de plus de 2500 euros/tonne et en hydrogène renouvelable. Elle a été confrontée à des difficultés imprévues: «Pour commencer, un fournisseur nous a livré un équipement critique en retard. L'installation destinée à la digestion anaérobie n'a donc pas été prête dans les délais imposés par le projet», explique M. Slack. Le consortium a dû se procurer auprès d'une autre source un biogaz obtenu par digestion anaérobie de déchets alimentaires avant de pouvoir construire l'usine et fabriquer les produits requis. L'équipe a rencontré d'autres obstacles, tels que le dépôt de bilan d'un partenaire et un examen de l'hydrogène renouvelable jugé non commercialement viable à cette échelle et qui n'a donc pas pu être validé. «Malgré les problèmes rencontrés, notre essai a permis de produire un PlasCarbon renouvelable de bonne qualité à partir de biométhane issu de déchets alimentaires», souligne M. Slack. À la recherche de débouchés commerciaux Le travail de l'équipe ne s'est pas arrêté là. «Nous avons examiné les débouchés commerciaux sous deux angles. Pour commencer, nous avons évalué le marché pour rechercher les applications potentielles susceptibles d'utiliser le PlasCarbon: batteries, supercondensateurs, caoutchoucs, capteurs, électronique imprimée, etc. Ensuite, une deuxième étude probablement plus importante a débouché sur la caractérisation détaillée du PlasCarbon renouvelable en tant que produit pour déterminer exactement sa structure et sa qualité. Nous avons alors utilisé le matériau dans une gamme de produits de test comprenant entre autres des encres conductrices, des caoutchoucs, des structures en treillis imprimées en 3D, des supercondensateurs, la photoluminescence, des catalyseurs et avons étudié les débouchés sur le marché des piles à combustible», ajoute M. Slack. Dernièrement, l'équipe PlASCARB a réalisé une étude scientifique sur la valeur et l'utilité du PlasCarbon renouvelable, et est en train de mettre en place un portail de sensibilisation post-projet intitulé PLASCARB Viability Assessment qui réunira des informations commerciales, des études de cas d'utilisation de PLASCARB dans d'autres pays tels que l'Allemagne, la Hongrie et la Norvège. «Actuellement, nous recherchons activement des opportunités pour que la commercialisation de cette technologie passe à la phase suivante», conclut M. Slack.
Mots‑clés
PLASCARB, carbone graphitique, hydrogène renouvelable, traitement par plasma à micro-ondes, déchets alimentaires, économie verte, biogaz
