Activité 1 : la valorisation du dioxyde de carbone Activité 2 : co2 a chemical fuel Auteur








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date de publication15.04.2017
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PRÉSENTATION


Titre

La valorisation du dioxyde de carbone

Type d'activité

Activité documentaire

Objectifs de l’activité

• Extraire des informations pour mobiliser les capacités d’analyse et d’esprit critique.

• Argumenter à l’aide d’un vocabulaire scientifique.

• Utilisation d’un support en anglais pour l’activité 2.

Références par rapport au programme

Cette activité illustre le thème : AGIR 
et le sous thème : Economiser les ressources pour préserver l’environnement 
en classe de Terminale S





Notions et contenus
Valorisation du dioxyde de carbone



Compétences attendues
Extraire et exploiter des informations en lien avec la valorisation du dioxyde de carbone pour comparer les avantages et les inconvénients de procédés de synthèse du point de vue de l’environnement



Conditions de mise en œuvre

Prérequis : rôle du catalyseur, réactions d’oxydo-réduction.

Remarques


Activité 1 : la valorisation du dioxyde de carbone

Activité 2 :CO2 a chemical fuel

Auteur


Laurence NOLL

Académie de LYON


FICHE PROFESSEUR
LA VALORISATION DU DIOXYDE DE CARBONE
Ce document a été conçu à partir du colloque chimie et nature du 25-01/2012 à Paris :

http://actions.maisondelachimie.com/index-p-colloque_videos-i-0.html et d’informations sur le site de l’ADEME
Pour plus d’informations :

•  Site mentionné au cours du colloque chimie et nature :
• site de l’ADEME
• New scientist 17 december 2011
• Scientific american : March 5, 2012 :http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=new-storage-projects-turns-co2-into-stone

Fiche ÉlÈve



La valorisation du dioxyde de carbone

Naturellement, le dioxyde de carbone est au cœur du cycle du carbone, qui échange en continu les éléments carbone entre les compartiments de l’eau, de l’air et du sol. Les émissions de dioxyde de carbone dans l’atmosphère sont à la fois d’origine naturelle et anthropique (issues des activités humaines). Les activités humaines ont émis tant de dioxyde de carbone que ce cycle n’est plus capable de fonctionner de manière équilibrée.

Afin de limiter l’augmentation des températures moyennes à long terme, il s’avère nécessaire de diminuer les émissions mondiales de dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre.

En 2009, l’Europe a pris la décision de lancer un programme de capture et de stockage appelé CCS ou Carbon Capture and Storage : cela consiste à capter le dioxyde de carbone émis en grande quantité lors de processus industriels pour le stocker dans le sous-sol et donc, de l’isoler de l’atmosphère.



Le dioxyde de carbone peut être aussi valorisé dans des procédés industriels. La proposition de recyclage du dioxyde de carbone plutôt que son enfouissement, ouvre la voie à une nouvelle industrie permettant le principe de développement durable en termes de ressource carbonée ; le dioxyde de carbone apparaît comme une matière première bon marché. La valorisation complémentaire au stockage comprend une multitude de voies :






- Sans transformation, le dioxyde de carbone est utilisé pour ses propriétés physiques, comme solvant ou comme réfrigérant par exemple.

- Par transformation chimique, le dioxyde de carbone peut mener à la synthèse d’un produit chimique de base ou d’un produit à valeur énergétique.

- Par l’intermédiaire de la photosynthèse au sein d’organismes biologiques, tels que les algues, le dioxyde de carbone peut être utilisé pour synthétiser des biocarburants.

Au sein des ces trois voies, plusieurs possibilités ont été identifiées.

Un des défis consiste à transformer le dioxyde de carbone selon une réaction d’oxydoréduction en hydrocarbures. Pour cela, il faut concevoir des électrolyseurs de grande capacité permettant de produire du dihydrogène en grande quantité. La conception de catalyseurs stables, efficaces est une des clés du succès qui permettra un large développement de ces procédés.
colloque chimie et nature du 25/01/2012 

Jacques AMOUROUX Université Pierre et Marie Curie ENSCP et le site de l’ADEME

Questions :


  1. En quoi la valorisation du dioxyde de carbone est-elle un défi pour l’homme ?




  1. Dans la première voie de valorisation du dioxyde de carbone, celui-ci peut être utilisé directement notamment dans les industries agroalimentaires et chimiques. Rechercher différentes utilisations.



  1. Dans la première voie, le dioxyde de carbone peut être utilisé dans la Récupération Assistée des Hydrocarbures (RAH). Quel est l’avantage de cette méthode sur l’environnement ?




  1. Dans un des procédés de valorisation du dioxyde de carbone appelé la carbonatation, la chaux éteinte de formule Ca(OH)2 absorbe du dioxyde de carbone pour produire du calcaire CaCO3. Donner l’équation de cette réaction. Cette méthode est-elle intéressante ?



  1. Parmi les voies de valorisation du dioxyde de carbone, l’hydrogénation permet d’obtenir des produits de base de la chimie. Ecrire l’équation de l’hydrogénation conduisant à la synthèse du méthanol ainsi que celle conduisant à la formation de l’acide méthanoïque.




  1. Pour l’hydrogénation du dioxyde de carbone, il est nécessaire de disposer de dihydrogène en quantité suffisante. Comment obtient-on le dihydrogène ? Quelles sont les inconvénients de cette synthèse ?



  1. Rappeler la définition d’un catalyseur et son intérêt en milieu industriel.




  1. Dans le cas de l’électrolyse du dioxyde de carbone, il y a réduction du dioxyde de carbone. Ecrire les demi- équations de réduction dans les cas où l’on cherche à obtenir de l’acide méthanoïque, du monoxyde de carbone, du méthanal, du méthanol et du méthane.



  1. Que représente la valorisation du dioxyde de carbone par rapport à la filière du captage et du stockage du dioxyde de carbone ?




Fiche ÉLÈVE



CO2 a chemical fuel

Analysis of the earth's polar ice cap can determine the temperature and concentration of carbon dioxide in the atmosphere when the ice was formed over a thousand years ago. At the beginning of the 20th century, changes in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere were detected and the current concentration is around 350 ppm, compared to 280 ppm in 1900, with these changes representing a temperature increase of about 1°C. These increases are generally attributed to our modem civilisation, largely based on the use of fossil fuels such as coal and oil ,which deliver low-cost energy in large quantities. A direct correlation between the increase in the earth’s temperature and the concentration of carbon dioxide is generally used to explain "global warming" as human activities generate too much carbon dioxide for it to be absorbed by natural phenomena, as in the past.

To limit global warming, very strong initiatives are necessary to achieve the maximum possible reduction of carbon dioxide emissions in the atmosphere.


In 2008, the EUROPEAN PARLIAMENT took two innovative decisions with goals to be achieved by 2020:

the emission of CO2, (greenhouse gases) by EU member states should be reduced by 20% of the 1990 level

20% of EU energy consumption should come from renewable resources.

To attain the first objective, it has been decided that approximately 10 installations, each with an investment cost of about 1.2B Euros, should be constructed in Europe to collect and transport it via a pipeline to a suitable underground sequestration site.





http://en.wikipedia.org/wiki/

Carbon_intensity

The technologies are not yet fully established, nor the true cost. However, pilot plants, as well as cost evaluations, have been started. It is clear that no other form of energy equals the storage capability of fossil fuels in terms of ease of use, density of energy and flexibility of use in a very wide range of applications. Therefore, it has been proposed that

CO2 be considered a potential RAW MATERIAL to be

RECYCLED TO MANUFACTURE A CHEMICAL OR A SYNTHETIC FUEL.

This possibility was already envisioned by G. OLAH, a Nobel laureate in chemistry, as long ago as 1995, but the concept failed to interest international authorities.

The basic idea is to recycle carbon dioxide into a synthetic fuel by chemical reduction using H2. In other words, to set up a chemical reduction plant close to the source of production of carbon dioxide. The first plants would be located near the largest sources of carbon dioxide emissions, such as large coal-burning power stations, cement factories, etc., i.e. close to the main sources of man-made carbon dioxide. Otherwise, it will be up to Nature to continue to struggle to break down these carbon dioxide emissions throught the actions of photochemical processes, enzymatic plants or bacteria.

Since H2 does not exist as a free element in nature, it will have to be generated by the electrolysis of water, with the electricity necessary for such a reduction being supplied from the grid at night or from renewable energy sources. In the future, it may even be possible that water molecules can be efficiently split by a direct process using solar photons. It is hoped that the efficiency of these processes will be increased as new, advanced catalysts are developed by materials science research, especially based on nanomaterials.

Depending on the chemical path used, the carbon dioxide would be transformed either into methanol, methane or synfuel, which can be burned again, with the carbon dioxide being permanently recycled.

http://www.emrs-strasbourg.com/index.php?option=com_content&task=view&id=449&Itemid=1
Questions:


  1. State two human activities that have contributed to the rise in carbon dioxide levels over the last century.




  1. What is the relationship between CO2 levels and temperature?


3) What is a catalyst?


  1. Define reduction in your own words.



  1. H2 will have to be generated by electrolysis of water: write the half-equation for the reaction at the cathode.




  1. Carbon dioxide will be reduced either to methanol or methane. Complete the following half-equations:


CO2 + → CH3OH
CO2 + → CH4



Laurence NOLL Académie de LYON

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