Les catalyseurs inorganiques et biocatalytiques travaillent ensemble pour réduire les émissions de CO2
Dans une cascade hybride, le CO2 nuisible au climat est transformé en méthanol précieux
Pour récupérer des substances précieuses à partir duCO2, celui-ci doit être réduit en plusieurs étapes. Si l'on utilise pour cela l'électrocatalyse, de nombreuses molécules potentielles différentes sont formées, qui ne peuvent pas nécessairement être utilisées. Les biocatalyseurs, en revanche, sont sélectifs et ne produisent qu'un seul produit, mais ils sont également très sensibles. Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d'électrochimie de la Ruhr-Universität Bochum (Allemagne) et le Dr Felipe Conzuelo de l'Universidade Nova de Lisboa (Portugal) a mis au point une cascade de catalyse hybride qui exploite les avantages des deux processus. Les chercheurs publient un article dans la revue "Angewandte Chemie Interational Edition" du 23 décembre 2024.
Avantages et inconvénients de l'électrocatalyse et de la biocatalyse
Le méthanol est l'une des substances que nous aimerions obtenir à partir duCO2, qui nuit au climat. Il est souvent utilisé comme matière première de synthèse dans l'industrie chimique. "De nombreuses étapes de réduction sont nécessaires pour produire du méthanol, car le dioxyde de carbone est la forme de carbone la plus oxydée", explique Wolfgang Schuhmann. L'électrocatalyse est capable d'initier ces étapes. Cependant, bien qu'elle soit encore sélective dans la première étape, la voie de réaction se ramifie ensuite et jusqu'à 16 produits différents sont formés, pas nécessairement du méthanol. La situation est différente avec les biocatalyseurs : ces enzymes naturelles ne catalysent qu'une seule réaction et ne donnent donc qu'un seul produit. Cependant, elles sont difficiles à manipuler, très sensibles ou nécessitent des cofacteurs pour la réaction.
Combiner les deux procédés
Afin de combiner les avantages des deux procédés, l'équipe dirigée par les premiers auteurs Panpan Wang et Xin Wang a marié l'électrocatalyse et la biocatalyse. Alors que la première étape de la réaction duCO2 au formiate est électrocatalytique, les deuxième et troisième étapes sont catalysées par la formaldéhyde déshydrogénase et l'alcool déshydrogénase. Ces enzymes ont besoin du NAD (nicotinamide adénine dinucléotide) comme cofacteur, qui est consommé par la réaction catalytique et doit être régénéré. Cette régénération est assurée par une troisième enzyme. Enfin, la substance précieuse qu'est le méthanol est produite. "Ce travail prouve que de telles cascades hybrides sont en principe réalisables et qu'elles permettent des réactions complexes en plusieurs étapes de manière sélective", résume Wolfgang Schuhmann.
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