L’acier est l’un des matériaux les plus utiles de la planète. Élément essentiel de la vie moderne, il est utilisé dans les gratte-ciel, les voitures, les avions, les ponts et bien plus encore. Malheureusement, la fabrication de l’acier est un processus extrêmement sale.
La manière la plus courante de le produire consiste à extraire du minerai de fer, à le réduire dans un haut fourneau grâce à l’ajout de charbon, puis à utiliser un four à oxygène pour brûler l’excès de carbone et d’autres impuretés. C’est pourquoi la production d’acier représente environ 7 à 9 pour cent des émissions de gaz à effet de serre de l’humanité dans le monde, ce qui en fait l’une des industries les plus sales de la planète.
Boston Metal cherche désormais à assainir l’industrie sidérurgique en utilisant un procédé électrochimique appelé électrolyse des oxydes fondus (MOE), qui élimine de nombreuses étapes de la fabrication de l’acier et libère de l’oxygène comme seul sous-produit.
La société, fondée par le professeur émérite Donald Sadoway du MIT, le professeur Antoine Allanore et le doctorat James Yurko 2001, utilise déjà le MOE pour récupérer les métaux de grande valeur des déchets miniers de sa filiale brésilienne, Boston Metal do Brasil. Ce travail aide l’équipe de Boston Metal à déployer sa technologie à l’échelle commerciale et à établir des partenariats clés avec des exploitants miniers. Elle a également construit un prototype de réacteur MOE pour produire de l’acier vert à son siège social de Woburn, dans le Massachusetts.
Et malgré son nom, Boston Metal a des ambitions mondiales. L’entreprise a levé à ce jour plus de 370 millions de dollars auprès d’organisations en Europe, en Asie, en Amérique et au Moyen-Orient, et ses dirigeants prévoient de se développer rapidement pour transformer la production d’acier aux quatre coins du monde.
« Il est reconnu dans le monde entier que nous devons agir rapidement, et cela va se produire grâce à des solutions technologiques comme celle-ci qui peuvent nous aider à nous éloigner des technologies en place », déclare Guillaume Lambotte, scientifique en chef de Boston Metal et ancien postdoctorant au MIT. « Le changement climatique fait de plus en plus partie de nos vies, c’est pourquoi la pression est exercée sur chacun pour qu’il agisse rapidement. »
Vers la lune et retour
Les origines de la technologie de Boston Metal commencent sur la lune. Au milieu des années 2000, Sadoway, professeur émérite John F. Elliott de chimie des matériaux au Département de science des matériaux du MIT, a reçu une subvention de la NASA pour explorer les moyens de produire de l’oxygène pour les futures bases lunaires. Sadoway et d’autres chercheurs du MIT ont exploré l’idée d’envoyer un courant électrique à travers la roche d’oxyde de fer à la surface de la Lune, en utilisant la roche d’un vieil astéroïde de l’Arizona pour leurs expériences. La réaction a produit de l’oxygène, avec du métal comme sous-produit.
La recherche est restée fidèle à Sadoway, qui a remarqué que ici sur Terre, ce sous-produit métallique serait intéressant. Pour contribuer à rendre plus viable la réaction d’électrolyse qu’il a étudiée, il s’est associé à Allanore, professeur de métallurgie au MIT et titulaire de la chaire Lechtman au Département de science et d’ingénierie des matériaux. Les professeurs ont pu identifier une anode moins chère et se sont associés à Yurko, un ancien étudiant, pour fonder Boston Metal.
«Toutes les études fondamentales et les technologies initiales sont issues du MIT», explique Lambotte. «Nous sommes issus de recherches brevetées au MIT et sous licence du Technology Licensing Office du MIT.»
Lambotte a rejoint l’entreprise peu de temps après que l’équipe de Boston Metal a publié un article en 2013 dans Nature décrivant la plateforme MOE.
« C’est à ce moment-là que l’on est passé du laboratoire, avec une expérience de la taille d’une tasse de café pour prouver les principes fondamentaux et produire quelques grammes, à une entreprise capable de produire des centaines de kilogrammes, et bientôt des tonnes de métal », explique Lambotte.
Le processus d’électrolyse des oxydes fondus de Boston Metal se déroule dans des cellules MOE modulaires de la taille d’un autobus scolaire. Le minerai de fer est introduit dans la cellule, qui contient la cathode (la borne négative de la cellule MOE) et une anode immergée dans un électrolyte liquide. L’anode est inerte, ce qui signifie qu’elle ne se dissout pas dans l’électrolyte et ne participe pas à la réaction autre que celle de borne positive. Lorsque l’électricité circule entre l’anode et la cathode et que la cellule atteint environ 1 600 degrés Celsius, les liaisons d’oxyde de fer contenues dans le minerai sont divisées, produisant au fond du métal liquide pur qui peut être exploité. Le sous-produit de la réaction est l’oxygène et le processus ne nécessite ni eau, ni produits chimiques dangereux, ni catalyseurs à base de métaux précieux.
La production de chaque cellule dépend de la taille de son courant. Lambotte affirme qu’avec environ 600 000 ampères, chaque cellule pourrait produire jusqu’à 10 tonnes de métal chaque jour. Les sidérurgistes accorderaient une licence pour la technologie de Boston Metal et déploieraient autant de cellules que nécessaire pour atteindre leurs objectifs de production.
Boston Metal utilise déjà le MOE pour aider les sociétés minières à récupérer les métaux de grande valeur de leurs déchets miniers, qui doivent généralement subir un traitement ou un stockage coûteux. Lambotte affirme qu’il pourrait également être utilisé pour produire de nombreux autres types de métaux à terme, et Boston Metal a récemment été sélectionné pour négocier accorder financement pour produire du chrome métallique – essentiel pour un certain nombre d’applications d’énergie propre – en Virginie occidentale.
« Si vous regardez partout dans le monde, une grande partie des matières premières pour la fabrication de métaux sont des oxydes, et s’il s’agit d’un oxyde, alors il y a une chance que nous puissions travailler avec cette matière première », explique Lambotte. « Il y a beaucoup d’enthousiasme parce que tout le monde a besoin d’une solution capable de décarboniser l’industrie métallurgique, donc beaucoup de gens souhaitent comprendre la place du MOE dans leurs propres processus.
Des gigatonnes de potentiel
La technologie de décarbonation de l’acier de Boston Metal devrait actuellement atteindre une échelle commerciale en 2026, bien que son usine brésilienne présente déjà l’industrie au MOE.
«Je pense que c’est une occasion pour l’industrie métallurgique de se familiariser avec le MOE et de voir comment il fonctionne», déclare Lambotte. « Il faut que les gens de l’industrie maîtrisent cette technologie. C’est là que vous établissez des liens et que les nouvelles technologies se propagent.
L’usine brésilienne fonctionne à 100 % avec de l’énergie renouvelable.
« Nous pouvons bénéficier de cette formidable initiative mondiale visant à décarboner le secteur de l’énergie », déclare Lambotte. « Je pense que notre approche va de pair avec cela. L’acier entièrement vert nécessite de l’électricité verte, et je pense que ce que vous verrez, c’est le déploiement de cette technologie là où [clean electricity] est déjà facilement disponible.
L’équipe de Boston Metal est enthousiasmée par l’application du MOE dans l’industrie métallurgique, mais se concentre avant tout sur l’élimination des gigatonnes d’émissions provenant de la production d’acier.
« L’acier produit environ 10 % des émissions mondiales, c’est donc notre étoile polaire », explique Lambotte. « Tout le monde s’engage à réduire les émissions de carbone et les émissions et à se fixer des objectifs de zéro émission nette, c’est pourquoi l’industrie sidérurgique recherche vraiment des solutions technologiques viables. Les gens sont prêts à adopter de nouvelles approches.
