TRANSFORMER LE CO₂ EN MOLÉCULES D’INTÉRÊT ET PRODUIRE DE L’OXYGÈNE POUR L’OXY-COMBUSTION

L’oxy-combustion est une technologie qui consiste à brûler un combustible en présence d’oxygène pur, plutôt qu’en utilisant l’air ambiant. Cela permet de produire des fumées contenant principalement du CO₂ et de la vapeur d’eau, facilitant ainsi la capture du CO₂ pour le stockage ou la valorisation. Cependant, la production d’oxygène pur est énergivore. Une alternative consiste à développer des procédés capables de convertir le CO₂ en molécules d’intérêt tout en produisant de l’oxygène pur en coproduit. 

1. Systèmes biologiques : la photosynthèse naturelle

Les plantes, les algues et les cyanobactéries fixent le CO₂ grâce à la lumière, produisant des molécules organiques telles que des sucres, des lipides et des acides organiques. L’oxygène est libéré lors de l’oxydation de l’eau dans le photobioreacteur.

Avantages : procédé naturel, direct, utilisant l’énergie solaire ou artificielle peu consommatrice. 
Limites : rendement photosynthétique faible (< 5 %), besoins importants en surface et ressources. 

2. Systèmes artificiels inspirés de la photosynthèse :                                                                                a) Photosynthese artificielle : Cette approche s’inspire de la photosynthèse naturelle, mais avec un rendement amélioré. Des recherches menées par le CNRS ont montré que la photocatalyse peut être une voie prometteuse pour la conversion du CO₂, en particulier lorsqu’elle est combinée avec des matériaux catalytiques avancés. CNRS Le journal  b) Électrolyse du CO₂ : L’électrolyse du CO₂ est un procédé électrochimique dans lequel le CO₂ est réduit à la cathode pour produire des carburants ou des produits chimiques, tandis qu’à l’anode, l’eau est oxydée pour produire de l’oxygène pur. Ce procédé offre une flexibilité dans les produits obtenus et peut être couplé à des sources d’énergie renouvelables. Selon l’IFP Energies Nouvelles, l’électrolyse du CO₂ est une technologie en développement qui présente un potentiel significatif pour la valorisation du CO₂, bien que des défis subsistent en termes de coût et d’efficacité. ifpenergiesnouvelles.fr
3. Cycles thermochimiques à oxydes métalliquesLes cycles thermochimiques utilisent des oxydes métalliques, tels que le cérium (CeO₂), pour réaliser des réactions de réduction et d’oxydation. À haute température, l’oxyde métallique est réduit, libérant de l’oxygène pur. Ce matériau réduit est ensuite réoxydé par le CO₂, produisant du CO et régénérant l’oxyde métallique. Une thèse de l’Université de Perpignan a étudié l’utilisation de cycles thermochimiques pour la production de combustibles solaires synthétiques, mettant en évidence leur potentiel pour la valorisation du CO₂. theses.fr
4. Approches hybridesDes solutions combinées émergent pour améliorer l’efficacité de la conversion du CO₂ : 
   • Photoélectrochimie (PEC) : associer la lumière et l’électrolyse pour augmenter le rendement. 
   • Bioélectrochimie : utiliser des micro-organismes électroactifs qui réduisent le CO₂ grâce à une source électrique, avec production parallèle d’O₂. 
   Ces approches cherchent à conjuguer efficacité, sélectivité et durabilité.  

Conclusion 

Produire de l’oxygène pur en même temps que des molécules d’intérêt issues du CO₂ constitue une voie stratégique pour rendre l’oxy-combustion plus compétitive. 

• Systèmes biologiques : procédé naturel mais rendement limité. 
• Photosynthese artificielle et électrolyse du CO₂ : technologies prometteuses mais énergivores. 
• Cycles thermochimiques : robustes, capables de produire du CO et de l’O₂ purs, mais nécessitant des conditions extrêmes. 
• Approches hybrides : en R&D, mais très prometteuses pour combiner efficacité, durabilité et performance. 

À terme, une intégration optimale de ces systèmes pourrait permettre une valorisation circulaire du CO₂, couplée à une oxy-combustion moins dépendante de l’énergie grise, au service de la transition bas-carbone. 

Dans cette perspective, W Platform a contribué à favoriser le développement de l’oxy-combustion en proposant une solution innovante qui  transforme le CO2 en molécule d’intérêts pour produire de l’oxygène.

En savoir plus