Électrochimie

Procédé électrochimique

Un procédé électrochimique permet la transformation d’une substance en une autre substance de plus grande valeur ajoutée. Il se distingue d'un procédé chimique par le fait que, au lieu de réactifs chimiques, c'est le courant électrique qui est mis en œuvre pour obtenir la transformation désirée. L'opération s'effectue dans une cellule électrochimique, parfois appelée réacteur, dans laquelle le substrat à transformer est introduit. Ce dernier est généralement dissout dans un liquide pouvant être traversé par le courant électrique: l'électrolyte. C'est dans ce liquide qu'aboutit le circuit électrique permettant l'entrée et la sortie du courant au moyen de deux électrodes. Un procédé électrochimique permet de réaliser deux types de réaction : des oxydations qui consistent à enlever des électrons au substrat à transformer et des réductions qui consistent à lui apporter des électrons.

Sur le plan industriel, le fait d'éviter l’utilisation de réactifs chimiques constitue un avantage indéniable du point de vue de la commodité de fonctionnement et de la sécurité. En effet, il n’y a plus de transport, de stockage et de manipulation de produits chimiques en dehors de la substance à transformer et de ses produits de transformation. Au niveau économique, l’électron est largement plus attractif comme agent d’oxydoréduction que les réactifs chimiques. De plus, les nombreuses pressions environnementales sur l’industrie chimique sont favorables à la mise en oeuvre de procédés électrochimiques, puisque la transformation s’effectue sans réactif toxique et avec un niveau de risque généralement moindre que dans la plupart des procédés chimiques. En revanche, les processus et la technologie des réacteurs électrochimiques présentent une plus grande complexité, dont il peut résulter un coût d'investissement plus élevé que celui des réacteurs chimiques. Toutefois, le réacteur électrochimique développé par RedElec Technologie SA utilise une configuration simple et des matériaux peu coûteux. De plus, les caractéristiques du matériel composant l’électrode permettent un contrôle précis du processus de transformation et cela sur une longue durée d’exploitation.

Intérêt environnemental

Pour démontrer l’intérêt environnemental du procédé électrochimique, il est nécessaire de tenir compte de l’efficacité énergétique et des réductions des gaz à effet de serre, mais aussi d’autres indicateurs. Pour ce faire, la méthode des bilans écologiques est utilisée. Elle permet d’analyser les effets qu’exercent les flux de matières et d’énergies sur l’environnement. L’exemple qui suit permet de comparer l’impact environnemental du procédé électrochimique proposé par RedElec à celui du procédé chimique traditionnel, pour la préparation d’un bain de coloration destiné à l’industrie du denim.

L’étude a été menée sur la base des données fournies par ecoinvent, qui est le leader mondial de données scientifiques pour les écobilans. Les différentes valeurs caractéristiques des produits utilisés pour la préparation du bain de coloration ont été collectées par différentes institutions conformément aux directives de qualité d’ecoinvent. Ces données permettent de comparer le procédé électrochimique au procédé chimique traditionnel selon différentes méthodes d’évaluation : la demande cumulée d’énergie, les Eco-points et les Eco-indicateurs 99.

La méthode d’analyse par la demande cumulée d’énergie permet de calculer la quantité totale d’énergie primaire utilisée pour la fabrication d’un produit. En l’occurrence, le produit fabriqué ici est un bain de coloration pour l’industrie du denim, préparée selon la méthode électrochimique de RedElec Technologie SA, ou selon la méthode chimique traditionnelle.
Comme l’indique le tableau suivant, la demande cumulée d’énergie est cinq fois inférieure avec la méthode électrochimique qu’avec la méthode chimique.

Eco-point est une méthode de pondération de tous les facteurs d’impact. Des points sont attribués pour chaque rejet ou consommation, selon les objectifs environnementaux suisses. L’objectif est d’aboutir à une note unique qui définit l’impact total d’un procédé sur l’environnement. D’après cette méthode de pondération, l’impact environnemental du procédé électrochimique est dix fois plus faible que celui du procédé chimique.

Une autre méthode de pondération couramment utilisée au niveau international est celle des Eco-indicateurs 99. Ici, chaque consommation ou rejet est traduit à l’aide d’indices en termes de contribution à un problème environnemental. Cette méthode, développée à la demande du Ministère de l’environnement des Pays-Bas (VROM), est très souvent utilisée pour l’étude du cycle de vie d’un produit. Contrairement à la méthode des Eco-points, qui évalue la quantité de flux élémentaires échangés avec l’écosphère, la méthode Eco-indicateurs 99 évalue les effets d’un produit ou d’un procédé sur chaque catégorie d’impact.
Dans cet exemple, cette méthode indique une diminution de l’impact global sur l’environnement d’un facteur supérieur à dix du procédé électrochimique par rapport au procédé chimique traditionnel.