« Le déchet qui devient ressource » : deux ingénieurs transforment les sels industriels en réactifs utiles pour la chimie verte

Deux ingénieurs, Bilen Aküzüm et Lukas Hackl, ont découvert un problème majeur dans l’industrie des batteries : la gestion des déchets chimiques. Lors de voyages à travers la Californie et le Canada, ils ont rencontré des sites miniers accumulant des déchets de sulfate de sodium tout en important d’autres réactifs chimiques coûteux. Cette contradiction les a poussés à développer une solution innovante transformant ces déchets en réactifs réutilisables, réduisant ainsi les coûts et les impacts environnementaux. Leur invention, un électrolyseur avancé, promet de révolutionner la gestion des déchets industriels en les réintégrant dans le cycle de production.

Le voyage qui a tout changé

En 2019, Bilen Aküzüm et Lukas Hackl, amis et collègues du Berkeley Lab, ont entrepris un road trip à travers la Californie, le Nevada, et le Canada pour comprendre la chaîne d’approvisionnement des batteries. Ce voyage a révélé un problème récurrent : les usines utilisaient des acides et des bases pour extraire et séparer des matériaux, mais produisaient un excès de sel de sulfate de sodium comme déchet. Ce problème était généralisé, et les ingénieurs ont constaté que les installations fonctionnaient de manière linéaire, achetant des produits chimiques coûteux et générant des déchets.

Aküzüm a expliqué que ces produits chimiques pouvaient représenter jusqu’à 30-40 % des dépenses d’exploitation des installations. Confrontés à cette réalité, les deux ingénieurs ont décidé de se concentrer sur la transformation de ces déchets salins en acides et bases réutilisables. Cette nouvelle approche pourrait potentiellement réduire les coûts et l’impact environnemental des opérations industrielles. La solution qu’ils ont développée a pour objectif de fermer la boucle de la chimie industrielle, en transformant les sous-produits en matières premières réutilisables.

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De la théorie à la pratique : électrochimie et innovation

L'électrochimie a fourni une réponse conceptuelle au problème. L'idée de fractionner le sel pour récupérer ses composants n'était pas nouvelle, mais des tentatives antérieures avaient échoué en raison des coûts élevés des catalyseurs exotiques comme l'iridium. Aepnus a innové en développant de nouveaux électrodes et une architecture d'électrolyseur modulaire, évitant l'utilisation de catalyseurs rares.

Le système Aepnus, testé sur des milliers d'heures, est conçu pour fonctionner dans des conditions industrielles avec une performance stable et peu d'entretien. Grâce à l'utilisation d'électrodes moins coûteuses, les coûts d'exploitation ont été réduits, nécessitant moins d'énergie pour produire des produits de haute pureté. En adoptant des pratiques de purification établies par l'industrie chlor-alcali, Aepnus garantit que les saumures industrielles peuvent être traitées sans encrasser les électrolyseurs.

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Des essais sur le terrain : preuve de concept

Pour démontrer l'efficacité de leur technologie, Aepnus a construit un pilote conteneurisé à Bécancour, au Québec. Ce système de 20 pieds a été conçu pour être le produit minimum viable que leurs partenaires industriels souhaitaient voir. Le pilote a fonctionné pendant 2 000 heures en continu, traitant des sous-produits réels de sulfate de sodium provenant d'installations réelles.

Cette démonstration a prouvé que la technologie pouvait être exploitée sans intervention directe d'Aepnus, prouvant ainsi que la technologie pouvait être transférée. En plus de ce succès, Aepnus a développé un système de 40 tonnes à Oakland, en Californie, démontrant que l'architecture des cellules pouvait être portée à une échelle commerciale. L'objectif est de construire un processus de bout en bout intégrant le prétraitement, le fonctionnement de l'électrolyseur à un débit industriel, et le post-traitement pour répondre aux spécifications des clients.

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Les défis de la corrosion et des matériaux

Un des principaux défis dans le développement de cette technologie a été de choisir les matériaux adaptés pour résister à la corrosion. La manipulation de produits chimiques corrosifs a nécessité un apprentissage rapide pour sélectionner les matériaux de tuyauterie, de réservoirs et de joints. Aepnus a dû rapidement surmonter ces défis pour garantir que les installations puissent fonctionner dans des environnements très corrosifs.

L'approche modulaire d'Aepnus permet une certaine flexibilité, en offrant des solutions adaptées aux besoins spécifiques des clients. Par exemple, les installations situées dans des zones éloignées peuvent bénéficier d'un déploiement sur site, tandis que des installations régionales peuvent partager des ressources pour atteindre des économies d'échelle. Cette flexibilité est essentielle pour répondre à une variété de besoins industriels et pour maximiser l'efficacité économique.

La technologie développée par Aepnus représente un potentiel de changement significatif dans l'industrie chimique. Cependant, des questions demeurent quant à son adoption à grande échelle. Quels obstacles devront-ils surmonter pour intégrer pleinement cette innovation dans les pratiques industrielles actuelles ?