Des chercheurs de l’université Rutgers ont mis au point des catalyseurs capables de convertir le dioxyde de carbone, principale cause du réchauffement climatique, en différents plastiques, tissus, résines et autres produits. La technologie est d’autant plus intéressante du fait que le procédé de base exploité n’est autre que celui de la photosynthèse artificielle.

Les matériaux catalyseurs, et ici les électrocatalyseurs, sont les premiers matériaux, hormis les enzymes, capables de transformer le dioxyde de carbone et l’eau en éléments constitutifs de carbone contenant un, deux, trois voire quatre atomes de carbone, avec une efficacité supérieure à 99%.

Deux des produits résultant du processus développé, le méthylglyoxal (C3) et le 2,3-furandiol (C4), peuvent être utilisés comme précurseurs de plastiques, d’adhésifs et de produits pharmaceutiques. Au niveau industriel, le méthanal (ou formaldéhyde), qui est toxique, pourrait être remplacé par le méthylglyoxal, qui est plus sûr.

conversion dioxyde carbone en plastique

Cette image résume comment les chercheurs parviennent à convertir, avec un procédé éléctrochimique, le dioxyde de carbone en précurseurs de polymères et de composés de médicaments. Crédits : Karin Calvinho/Université Rutgers – Nouveau-Brunswick

La découverte, basée sur le procédé de photosynthèse artificielle, est détaillée dans la revue Energy & Environmental Science.

Il existe plusieurs types de photosynthèses artificielles, bien que la plupart ne soient qu’au stade de recherche ou de prototype. Concernant le CO2, c’est en 2007 déjà qu’une équipe de l’université de Kyoto annonçait avoir inventé un procédé capable de capter le CO2 atmosphérique avec une efficacité 300 fois supérieure à celle des plantes.

« Notre avancée pourrait conduire à la conversion de dioxyde de carbone en produits à valeur ajoutée et en matières premières destinées aux industries chimiques et pharmaceutiques », explique Charles Dismukes, auteur principal, professeur au département de chimie et de biologie chimique et au département de biochimie et de microbiologie de l’Université Rutgers – Nouveau-Brunswick.

Auparavant, les scientifiques ont montré que le dioxyde de carbone peut être converti, par voie électrochimique, en méthanol, éthanol, méthane et éthylène, avec des rendements relativement élevés.

Mais selon l’auteure principale Karin Calvinho, doctorante en chimie, une telle production est inefficace et trop coûteuse pour être commercialement réalisable. Selon elle, en utilisant cinq catalyseurs constitués de nickel et de phosphore, deux éléments chimiques abondants et relativement peu coûteux, les chercheurs peuvent toutefois convertir électrochimiquement le dioxyde de carbone et l’eau en un large éventail de produits à base de carbone.

Le choix du catalyseur ainsi que d’autres conditions, déterminent combien d’atomes de carbone peuvent être assemblés pour former des molécules, ou même générer des polymères plus longs. En général, plus la chaîne de carbone est longue, plus le produit a de la valeur.

Sur la base de leurs travaux, les chercheurs ont obtenu des brevets pour les électrocatalyseurs. Ils ont ainsi fondé RenewCO₂, une startup spécialisée dans le domaine.

L’étape suivante consistera à en apprendre plus sur la réaction chimique sous-jacente, afin qu’elle puisse être utilisée pour produire d’autres produits de valeur, tels que les diols (des composés chimiques), largement utilisés dans l’industrie des polymères, ou encore les hydrocarbures, pouvant être utilisés en tant que carburants renouvelables. Les chercheurs conçoivent, construisent et testent maintenant des électrolyseurs destinés à un usage commercial. Une innovation technologique à suivre de près.

Source: Université Rutgers

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