Beaucoup de gens connaissent l’éthylène grâce à leur cuisine. Ce gaz incolore à l’odeur douce est une hormone végétale naturelle, responsable de la maturation des pommes, des tomates et des bananes. Mais l’éthylène est également un produit chimique industriel important, dont la production mondiale dépasse les 317 millions de tonnes par an. Il est principalement utilisé comme produit chimique de base : un précurseur ou un réactif permettant de créer une multitude de produits chimiques, des plastiques aux produits pharmaceutiques.

Plus de 95 % de l’éthylène est actuellement produit par des procédés de craquage à la vapeur à base de combustibles fossiles, qui génèrent environ 260 millions de tonnes d’émissions de CO₂ chaque année. Un projet européen auquel participe l’Empa vise à transformer ce secteur à fort flux de carbone. Intitulé « REACT » (acronyme de « Renewable Electrochemical Advanced Conversion of CO₂ to Target products »), ce projet a pour objectif de proposer une alternative renouvelable permettant de convertir les émissions industrielles en ressources précieuses.

Le projet se concentre sur le recyclage du CO₂ issu d’industries où la réduction des émissions est difficile, telles que la sidérurgie, la cimenterie et l’industrie chimique. Grâce à un nouveau procédé électrochimique en tandem tolérant aux impuretés, « REACT » peut convertir directement des flux de CO₂ industriels de faible pureté en produits chimiques de grande valeur, tout en réduisant considérablement le recours à des prétraitements coûteux. Alimenté par des énergies renouvelables, le projet transforme des émissions de CO₂ auparavant inévitables en une matière première précieuse pour les produits chimiques et les matériaux de nouvelle génération.

En voie de mise en œuvre
« Nous travaillons depuis de nombreuses années sur la conversion du CO₂ par électrolyse à l’échelle du laboratoire », explique Corsin Battaglia, responsable du laboratoire « Matériaux pour la conversion d’énergie » de l’Empa. « L’objectif du projet ‹ REACT › est de créer un prototype fonctionnel d’électrolyseur pour la conversion du CO₂ en éthylène, afin de le faire passer à un niveau de maturité technologique bien supérieur », précise le chercheur. L’équipe de Corsin Battaglia étudiera comment les impuretés présentes dans le CO₂ issu des déchets industriels influencent l’activité et la longévité du catalyseur utilisé dans l’électrolyseur. L’équipe de l’Empa peut s’appuyer sur le réacteur d’électrolyse du CO₂ en parallèle qu’elle a précédemment mis au point. Le système automatisé de son laboratoire permet de mener jusqu’à dix expériences simultanées.

« REACT » fait progresser les chaînes de valeur circulaires du carbone, renforce l’autonomie industrielle européenne et contribue à la transition vers une production chimique neutre en carbone. Le projet intègre également des matériaux innovants, des systèmes de surveillance avancés et des technologies de jumeau numérique afin d’améliorer l’efficacité, la durabilité, l’évolutivité et la faisabilité économique. « Ce que nous apprendrons et développerons dans le cadre de ‹ REACT › contribuera également à faire progresser d’autres technologies de conversion du CO₂, par exemple en carburants synthétiques », résume Corsin Battaglia. La valorisation du CO₂ est un concept central de l’initiative de recherche de l’Empa, « Mining the Atmosphere », qui cherche des moyens d’extraire ce gaz à effet de serre de l’atmosphère pour soit le stocker à long terme, soit le convertir en produits chimiques utiles, bouclant ainsi le cycle.

Encadré : « REACT »
« REACT » est un projet « Horizon Europe » visant à mettre au point un procédé électrochimique en tandem innovant permettant de convertir directement les émissions industrielles de CO₂ en mélanges chimiques riches en oléfines et à forte valeur ajoutée, destinés à la production durable de polymères, de produits chimiques et de carburants. « REACT » (« Renewable Electrochemical Advanced Conversion of CO₂ to Target products ») s’étend sur 48 mois, de mai 2026 à avril 2030, et couvre l’ensemble de la chaîne de valeur, depuis l’institutions scientifiques jusqu’aux fournisseurs de matières premières et aux fabricants de polymères pour le secteur de l’emballage. Le consortium est coordonné par SINTEF (Norvège) et regroupe 13 partenaires issus de 10 pays : VITO (Belgique), Johnson Matthey PLC (Royaume-Uni), eChemicles (Hongrie), Procter & Gamble Services Company NV (Belgique), IDENER (Espagne), Norner Research AS (Norvège), Empa (Suisse), K1-MET GmbH (Autriche), FARPLAS (Turquie), Johnson Matthey Davy Technologies Ltd (Royaume-Uni), Holoss (Portugal) et ETA-Florence Renewable Energies (Italie).