Recyclage du dioxyde de carbone en produits chimiques ménagers
Un nouveau catalyseur transforme le dioxyde de carbone des émissions industrielles en produits chimiques d'usage courant
Un catalyseur peu coûteux à base d'étain peut convertir sélectivement le dioxyde de carbone en trois produits chimiques largement répandus : l'éthanol, l'acide acétique et l'acide formique.
Des chercheurs expérimentent des catalyseurs à base d'étain qui convertissent efficacement le CO2 en éthanol, en acide acétique ou en acide formique. Sur l'image, les chercheurs d'Argonne Haozhe Zhang et Jianxin Wang.
Image by Argonne National Laboratory
Le dioxyde de carbone (CO2) est une ressource inexploitée qui se cache dans les émissions de nombreuses activités industrielles. Ce gaz, qui contribue à l'effet de serre et au réchauffement de la planète, pourrait être capturé et converti en produits chimiques à valeur ajoutée.
Dans le cadre d'un projet de collaboration entre le laboratoire national d'Argonne du ministère américain de l'énergie (DOE), l'université de l'Illinois du Nord et l'université de Valparaiso, les scientifiques ont mis au point une famille de catalyseurs qui convertissent efficacement le CO2 en éthanol, en acide acétique ou en acide formique. Ces hydrocarbures liquides font partie des produits chimiques les plus produits aux États-Unis et entrent dans la composition de nombreux produits commerciaux. Par exemple, l'éthanol est un ingrédient clé de nombreux produits ménagers et un additif de la quasi-totalité de l'essence américaine.
Les catalyseurs sont basés sur un métal étain déposé sur un support en carbone. S'ils sont pleinement développés, nos catalyseurs pourraient convertir le CO2 produit par diverses sources industrielles en produits chimiques précieux", a déclaré Di-Jia Liu. Ces sources comprennent les centrales électriques à combustibles fossiles, les installations de biofermentation et de traitement des déchets. Liu est chimiste principal à Argonne et chercheur principal à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'université de Chicago.
"Notre découverte d'une modification de la voie de réaction par la taille du catalyseur est sans précédent. - Di-Jia Liu, chimiste principal.
La méthode utilisée par l'équipe est appelée conversion électrocatalytique, ce qui signifie que la conversion du CO2 sur un catalyseur est entraînée par l'électricité. En faisant varier la taille de l'étain utilisé, de l'atome unique aux grappes ultra-petites et aux nanocristallites plus grandes, l'équipe a pu contrôler la conversion du CO2 en acide acétique, en éthanol et en acide formique, respectivement. La sélectivité pour chacun de ces produits chimiques était de 90 % ou plus. Notre découverte d'une modification de la voie de réaction par la taille du catalyseur est sans précédent", a déclaré M. Liu.
Les études informatiques et expérimentales ont permis de mieux comprendre les mécanismes de réaction formant les trois hydrocarbures. L'une d'entre elles est que la voie de réaction change complètement lorsque l'eau ordinaire utilisée pour la conversion est remplacée par de l'eau deutériée (le deutérium est un isotope de l'hydrogène). Ce phénomène est connu sous le nom d'effet isotopique cinétique. Il n'avait jamais été observé auparavant dans la conversion du CO2.
Cette recherche a bénéficié de deux installations du DOE Office of Science à Argonne : l'Advanced Photon Source (APS) et le Center for Nanoscale Materials (CNM). En utilisant les faisceaux de rayons X durs disponibles à l'APS, nous avons capturé les structures chimiques et électroniques des catalyseurs à base d'étain avec différentes charges d'étain", a déclaré Chengjun Sun, un physicien d'Argonne. En outre, la haute résolution spatiale possible avec un microscope électronique à transmission au CNM a permis d'imager directement l'arrangement des atomes d'étain, depuis les atomes uniques jusqu'aux petits amas, en fonction des différentes charges de catalyseur.
Selon M. Liu, "notre objectif ultime est d'utiliser l'électricité d'origine éolienne et solaire produite localement pour fabriquer des produits chimiques destinés à la consommation locale".
Pour ce faire, il faudrait intégrer les catalyseurs nouvellement découverts dans un électrolyseur à basse température afin d'effectuer la conversion du CO2 à l'aide de l'électricité fournie par les énergies renouvelables. Les électrolyseurs à basse température peuvent fonctionner à une température et une pression proches de celles de l'air ambiant. Cela permet un démarrage et un arrêt rapides pour s'adapter à l'approvisionnement intermittent en énergie renouvelable. Il s'agit d'une technologie idéale pour répondre à cet objectif.
"Si nous pouvons produire de manière sélective uniquement les produits chimiques nécessaires à proximité du site, nous pouvons contribuer à réduire les coûts de transport et de stockage du CO2 ", a fait remarquer M. Liu. Il s'agirait vraiment d'une situation gagnant-gagnant pour les utilisateurs locaux de notre technologie.
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.
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