Des chercheurs révèlent l'existence d'un goulet d'étranglement insaisissable qui freine l'effort mondial de conversion des déchets de dioxyde de carbone en produits utilisables
Il s'agit d'un recyclage à l'échelle nanométrique : un processus électrochimique séduisant qui permet de récupérer le carbone avant qu'il ne devienne une pollution atmosphérique et de le restructurer pour en faire des composants de produits de tous les jours.
La volonté de capturer le dioxyde de carbone en suspension dans l'air à partir des déchets industriels et de le transformer en carburant et en plastique prend de l'ampleur après qu'une équipe de chercheurs de l'université McMaster, en collaboration avec des experts en chimie computationnelle de l'université technique danoise de Copenhague, a découvert avec précision comment le processus fonctionne et où il s'enlisait.
Les chercheurs ont cherché à comprendre pourquoi les matériaux synthétiques qui se sont révélés capables de catalyser et de convertir le dioxyde de carbone se décomposent trop rapidement pour que le processus puisse être mis en œuvre au niveau industriel.
En utilisant un équipement de grossissement extrêmement puissant au Centre canadien de microscopie électronique (CCEM), situé sur le campus de McMaster, les chercheurs ont pu capturer la réaction chimique à l'échelle nanométrique - des milliardièmes de mètre - ce qui leur a permis d'étudier le processus de conversion et de comprendre comment le catalyseur se décompose dans des conditions d'exploitation.
L'auteur principal, Ahmed Abdellah, a passé des années à mettre au point les techniques qui ont permis d'observer le processus, en utilisant un réacteur électrochimique suffisamment petit pour fonctionner sous les microscopes électroniques du centre.
"C'est passionnant pour nous car c'est la première fois que l'on peut observer à la fois la forme de ces structures et leur structure cristalline, pour voir comment elles évoluent à l'échelle nanométrique", explique Abdellah, ancien étudiant en doctorat dans le laboratoire de génie chimique de Drew Higgins et aujourd'hui chercheur postdoctoral au CCEM.
Drew Higgins, l'un des auteurs correspondants de l'article, qui vient d'être publié dans la revue Nature Communications, espère que ces nouvelles informations faciliteront les efforts déployés à l'échelle mondiale pour réduire la pollution par le carbone en détournant le dioxyde de carbone des flux de déchets et en le recyclant pour créer des produits utiles qui, autrement, seraient fabriqués à partir de combustibles fossiles.
"Nous avons découvert que les catalyseurs capables de convertir le dioxyde de carbone en carburants et en produits chimiques se restructurent assez rapidement dans les conditions d'exploitation. Leurs structures et leurs propriétés changent sous nos yeux", explique M. Higgins. "Cela détermine leur efficacité à convertir le dioxyde de carbone et leur durée de vie. Les catalyseurs finissent par se dégrader et cesser de fonctionner, et nous voulons savoir pourquoi et comment ils le font afin de développer des stratégies pour améliorer leur durée de vie opérationnelle".
Abdellah, Higgins et leurs collègues espèrent qu'eux-mêmes et d'autres chercheurs du monde entier pourront utiliser les résultats de recherche décrits dans le nouvel article pour prolonger la durée de vie des matériaux réactifs et catalyser le processus plus efficacement, afin de permettre au processus de laboratoire d'être mis à l'échelle en vue d'une utilisation commerciale.
Les industries telles que la fabrication de ciment, la brasserie et la distillation, ainsi que les raffineries chimiques produisent des volumes importants de dioxyde de carbone facilement récupérable, explique M. Higgins, ce qui en fait les premières cibles probables pour le déploiement de la technologie une fois qu'elle aura été améliorée au point d'être commercialement viable.
D'autres formes moins concentrées deCO2 dans les déchets industriels viendraient ensuite.
Bien qu'il s'agisse aujourd'hui d'une hypothèse peu réaliste, M. Higgins estime qu'il est possible que la même technologie devienne suffisamment efficace et stable pour extraire le dioxyde de carbone de l'air ambiant et en faire une "matière première" pour la fabrication de carburants et de produits chimiques utiles.
"Nous en sommes encore loin, mais les progrès ont été très rapides dans ce domaine de la recherche et du développement au cours des cinq dernières années environ", explique M. Higgins. "Il y a dix ans, les gens ne pensaient pas à ce type de conversion, mais aujourd'hui, nous commençons à entrevoir des perspectives prometteuses. Cependant, l'efficacité et la durabilité ne sont pas encore assez élevées. Une fois que ces goulets d'étranglement auront été éliminés, cette idée pourra vraiment prendre son essor.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Ahmed M. Abdellah, Fatma Ismail, Oliver W. Siig, Jie Yang, Carmen M. Andrei, Liza-Anastasia DiCecco, Amirhossein Rakhsha, Kholoud E. Salem, Kathryn Grandfield, Nabil Bassim, Robert Black, Georg Kastlunger, Leyla Soleymani, Drew Higgins; "Impact of palladium/palladium hydride conversion on electrochemical CO2 reduction via in-situ transmission electron microscopy and diffraction"; Nature Communications, Volume 15, 2024-1-31
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