Des chercheurs développent des catalyseurs pour produire du monoxyde de carbone et de l'hydrogène à partir du biogaz

Embrapa Agroenergia (DF) a développé deux catalyseurs métalliques utilisés pour obtenir de l'hydrogène (H2) et du monoxyde de carbone (CO) à partir de biogaz déjà purifié (schéma ci-dessous). Les technologies créées fonctionnent dans la dernière étape du processus, lorsque le biogaz obtenu a déjà été nettoyé des impuretés et est composé uniquement de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). Les deux catalyseurs ont passé avec succès des tests en laboratoire à petite échelle et attendent des partenaires intéressés à finaliser la technologie et à la tester dans des installations industrielles.

L’obtention de ces produits de plus grande valeur tend à encourager économiquement l’adoption du recyclage des déchets animaux. L’hydrogène, par exemple, est utilisé dans divers processus industriels tels que la production d’ammoniac, le raffinage du pétrole, la métallurgie et l’industrie alimentaire. "À des fins énergétiques, l'hydrogène a fait l'objet de nombreuses recherches dans le monde entier, notamment après le développement des piles à combustible", souligne le chercheur Emerson Schultz, qui a dirigé le développement des catalyseurs. Le monoxyde de carbone obtenu lors de ce même procédé, appelé « reformage », est une matière première pour plusieurs industries comme la chimie et la pharmacie, pour n'en citer que quelques-unes.

Schultz affirme que la croissance économique mondiale a accru l'utilisation de combustibles fossiles et, par conséquent, la concentration de CO2 dans l'atmosphère terrestre. Pour réduire l'impact environnemental provoqué, il est nécessaire d'investir dans l'utilisation de sources renouvelables pour la production d'énergie et de composés chimiques. L'Embrapa est pionnière dans les études sur le biogaz dans le pays.

« Le gaz de synthèse, qui est un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone, peut également être obtenu à partir de sources renouvelables et utilisé pour produire de l'énergie et des carburants liquides. Une façon d’obtenir ce gaz à partir de sources renouvelables est le reformage du biogaz. Le gaz de synthèse a plusieurs applications, comme la production d'hydrocarbures, de méthanol et d'hydrogène », détaille Schultz.

Emerson Schultz explique que la différence entre ces nouvelles technologies réside dans leur composition capable d'augmenter la durée de vie du catalyseur. Le catalyseur préparé est un mélange chimique relativement bon marché, cependant, ses versions conventionnelles ont tendance à perdre leur action assez rapidement en raison du dépôt de carbone dessus.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont caractérisé et testé des compositions formées d'oxydes mixtes de nickel, de magnésium et d'aluminium (Ni-Mg-Al) avec l'ajout des éléments chimiques gadolinium (Gd) et praséodyme (Pr), deux métaux des terres rares, dans le but d’améliorer les procédés de vaporeformage du biogaz pour obtenir du gaz de synthèse. 

Le chercheur indique que les travaux ont commencé avec le projet « Effet de l'ajout de gadolinium et de praséodyme aux oxydes mixtes de Ni-Mg-Al appliqués au reformage à la vapeur du biogaz - GAPRNI », achevé en 2021. L'origine de cette recherche a eu lieu dans le Biogasfert projet, dirigé par Embrapa Swine and Poultry (SC) et réalisé en partenariat entre Itaipu Binacional et Embrapa.  

Les déchets animaux et la biomasse forestière peuvent devenir du biogaz

Itânia Soares, chercheuse à l'Embrapa, rappelle que le biogaz peut également être obtenu à partir de l'utilisation de déchets animaux, dans les systèmes de biodigestion, de la biomasse forestière, des déchets de fruits et légumes et même des effluents de la culture du palmier à huile (Pome). Le biogaz peut être utilisé dans des chaudières ou des appareils de chauffage pour générer de la chaleur ou cogénérer de l'énergie électrique.

« Nous pensons que l'hydrogène vert issu du reformage du biogaz peut jouer un rôle important dans l'obtention de plusieurs autres produits, comme l'ammoniac vert par exemple », déclare le scientifique. Elle rappelle également que la production de biogaz et de biométhane s'aligne parfaitement avec l'Objectif de Développement Durable 7, faisant référence à la fourniture d'une énergie propre et abordable pour la société, en plus de faire partie du Programme 6 du Plan d'Agriculture à Faibles Émissions de Carbone (ABC+) de le Ministère de l'Agriculture (Mapa).