Crédit photo : Sander Ratso / Institut national de chimie physique et biophysique
Une nouvelle méthode pour produire du graphite
Des chercheurs californiens ont peut-être découvert une méthode plus propre pour fabriquer un matériau essentiel à la vie moderne : le graphite. Au lieu de tirer ces matières du sol, leur technique transforme le dioxyde de carbone excédentaire en carbone solide. Cette avancée pourrait un jour permettre de fournir plus facilement des batteries, des dispositifs électroniques et du matériel énergétique.
En quoi cela consiste-t-il ?
Une étude publiée dans Nature Communications, dont les résultats ont été relayés par Phys.org, révèle que des scientifiques du Laboratoire national Lawrence Berkeley, de l’UC Berkeley et de l’Institut national estonien de chimie physique et biophysique ont développé un processus permettant de transformer le dioxyde de carbone en carbone dans un bain de sels fondus chauds.
Bien que le graphite soit principalement connu pour son utilisation dans les crayons, il est également un ingrédient clé dans les batteries, les smartphones, les ordinateurs portables, et dans les systèmes énergétiques industriels. Actuellement, la majorité du graphite provient de l’extraction minière, ce qui dépend beaucoup de l’importation pour les États-Unis.
Pour explorer davantage l’électrolyse par sels fondus, une réaction que les chercheurs ont longuement étudiée, l’équipe a conçu un microscope spécialement dédié pour observer les réactions chimiques en direct dans un environnement corrosif à environ 500 degrés Celsius. Grâce à cet équipement, ils ont réussi à voir directement le dioxyde de carbone se transformer en carbone solide dans des conditions extrêmes.
Les données recueillies montrent que cette transformation se produit en deux étapes distinctes, avec une chimie de base qui demeure stable, même lorsque les scientifiques modifient les sels et les matériaux des électrodes. En jouant sur ces paramètres, il pourrait être possible d’adapter le processus pour produire différentes structures de carbone, y compris le graphite adapté aux batteries.
Pourquoi est-ce important ?
Le graphite joue un rôle crucial dans les technologies de la vie quotidienne, notamment dans les téléphones, les ordinateurs et les véhicules électriques. Si les chercheurs parviennent à le produire à partir de carbone capturé plutôt qu’en l’extrayant, cela pourrait réduire les pressions sur les chaînes d’approvisionnement tout en offrant une source locale pour un matériau indispensable à la transition vers une économie d’énergie propre.
Les avantages potentiels incluent des chaînes d’approvisionnement en batteries plus fiables, favorisant des solutions de stockage d’énergie moins coûteuses et plus accessibles pour les ménages, les entreprises et les villes. Ces systèmes de sauvegarde assurent la continuité de l’alimentation électrique en cas de coupures, tout en soutenant les services d’urgence lors de conditions climatiques extrêmes et en améliorant la gestion des pics de demande.
Il existe également un bénéfice climatique à cette approche. Transformer le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère en matériaux utiles pourrait constituer un nouvel outil pour les industries cherchant à réduire la pollution.
En faisant de la capture du carbone une solution pour la fabrication, les chercheurs changent notre vision du dioxyde de carbone, souvent considéré comme un simple déchet.
Bien que cette découverte ne mette pas fin à l’exploitation minière du jour au lendemain, elle oriente vers un avenir où les matériaux essentiels pourraient être produits de manière plus flexible, tout près des sites d’assemblage et d’utilisation des batteries.
Quelles sont les prochaines étapes ?
La recherche se concentre désormais sur l’affinement de ce processus. Les scientifiques cherchent à déterminer la combinaison optimale de sels fondus, d’électrodes, de températures et de tensions afin de garantir une production de graphite à la fois fiable et efficace.
Il est essentiel de faire évoluer cette méthode d’une simple démonstration en laboratoire à une production à l’échelle industrielle. Si cela se concrétise, les entreprises pourraient bientôt avoir accès à une nouvelle source de graphite pour les batteries et autres dispositifs.
Le système de microscope développé pourrait également accélérer la recherche au-delà de cette étude spécifique, car les sels fondus, étant très corrosifs et extrêmement chauds, ont longtemps été difficiles à examiner de manière directe. Un outil permettant d’observer les réactions en temps réel pourrait également faciliter des travaux sur d’autres matériaux critiques.
Mike Whittaker, un scientifique du Berkeley Lab impliqué dans le projet, a déclaré : « C’est une avancée majeure dans un effort plus large pour synthétiser des matériaux critiques, notamment ceux utilisés dans les batteries. Si nous pouvions réaliser ce processus à des températures plus basses avec des sels moins chers, nous pourrions le déployer dans de nombreux endroits et obtenir suffisamment de graphite pour alimenter les chaînes d’approvisionnement de batteries. »
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