La surface spécifique du charbon actif à base de charbon brut de l'Université du Witwatersrand en Afrique du Sud atteint 1925 m²/g

fr.wedoany.com Rapport : Des recherches menées par l'École de génie chimique et métallurgique de l'Université du Witwatersrand (Wits) montrent que le charbon sud-africain, outre son utilisation comme combustible, présente un potentiel en tant que matière première pour la production de charbon actif à haute surface spécifique et de carbone poreux, d'adsorbants pour le stockage de gaz, de matériaux d'électrodes pour le stockage d'énergie et de composites carbone-céramique.

Le professeur Samson Bada, chercheur principal de cette école, indique que l'équipe a produit, à partir de trois matériaux carbonés sud-africains, des charbons actifs dont la surface spécifique Brunauer-Emmett-Teller (BET) se situe entre environ 1485 m²/g et 1925 m²/g. Parmi ceux-ci, la boue de charbon (coal slurry) présente environ 1485 m²/g, le charbon rejeté (discard coal) 1826 m²/g, et le charbon brut (run-of-mine, RoM) 1925 m²/g. Bada souligne que la même étude a également identifié des applications potentielles du charbon actif à haute surface spécifique dans le traitement de l'eau, l'élimination des colorants, la purification de l'air et des gaz, la séparation en phase liquide et gazeuse, l'extraction de métaux et le stockage de gaz.

L'équipe a démontré par voie expérimentale une application de stockage de gaz : le charbon actif à base de charbon adsorbe jusqu'à 162,7 cm³/g de méthane, et la quantité de méthane adsorbée augmente avec la surface spécifique. Récemment, du carbone nanoporeux dopé à l'azote, préparé à partir de charbon brut sud-africain (RoM coal), utilisé comme électrode de supercondensateur, a atteint une capacité spécifique de 169 farads par gramme et une densité énergétique de 23,5 wattheures par kilogramme.

Bada indique que ces résultats de laboratoire sont prometteurs pour les applications nécessitant un stockage et une libération rapides d'énergie, mais qu'avant toute comparaison avec des dispositifs commerciaux, il est nécessaire de développer des cellules complètes et de passer à l'échelle supérieure. Il ajoute que l'équipe a également développé des céramiques et des composites structuraux à base de charbon, et que ces travaux passent de l'optimisation en laboratoire à la validation sur prototypes et à l'échelle pilote.

Outre les résultats de recherche de l'Université du Witwatersrand, Bada note que des recherches internationales ont déjà démontré une gamme plus large de produits à base de charbon, notamment les fibres de carbone et les mousses de carbone. Ces produits sont utilisés aux États-Unis pour la fabrication de carrosseries automobiles, ce qui représente des opportunités potentielles futures pour l'Afrique du Sud ; toutefois, ces produits n'ont pas encore été validés par des recherches locales à l'Université du Witwatersrand.

La professeure émérite Rosemary Falcon, directrice de l'organisation de promotion du charbon FFF Carbon, souligne qu'au-delà de la dimension électrique, le charbon possède d'autres applications souvent négligées. Elle explique que, outre l'hydrogène, le carbone contenu dans le charbon est essentiel pour la réduction du fer ainsi que de métaux tels que le manganèse, le silicium et l'aluminium. Tumi Kgomo, président de FFF Carbon, ajoute que les cellules photovoltaïques solaires sont également fabriquées à partir de matériaux à base de charbon, car le charbon est utilisé dans le processus de fusion du silicium.

Paul den Hoed, maître de conférences principal honoraire de l'École de génie chimique et métallurgique de l'Université du Witwatersrand, ajoute que le carbone contenu dans le charbon est également indispensable comme agent réducteur pour des oxydes métalliques tels que le chrome ; en raison de la position de ces oxydes sur le diagramme d'Ellingham, ils ne peuvent pas être réduits par l'hydrogène. Par conséquent, den Hoed recommande que le charbon de qualité supérieure soit réservé aux usages métallurgiques, tandis que le charbon de moindre qualité soit utilisé pour la production d'électricité dans des chaudières à lit fluidisé circulant (fluidised circulation bed) ainsi que pour d'autres applications à valeur ajoutée.

Bada indique que l'étude documentaire de l'Université du Witwatersrand montre que les avancées internationales dans des produits tels que les fibres de carbone à base de charbon et les matériaux de construction ont déjà fourni des voies utiles et rentables que l'Afrique du Sud peut évaluer et adapter. Il avertit toutefois qu'il est essentiel de ne pas tenter de commercialiser simultanément tous les produits possibles à base de charbon, mais plutôt d'identifier un petit nombre de produits pour lesquels le charbon ou les déchets de charbon sud-africains présentent un avantage technique et économique.

Après avoir réalisé cette sélection, il déclare que les technologies « les plus prometteuses » devraient faire l'objet d'une démonstration à l'échelle pilote, puis être mises sur le marché après réalisation d'évaluations technico-économiques et de cycle de vie avec des partenaires industriels. En outre, il souligne la nécessité de renforcer la coopération entre les universités, l'industrie charbonnière, les fabricants de produits et le gouvernement.