Un nouveau catalyseur à base de sucre qui peut valoriser le CO2

• Un nouveau catalyseur fabriqué à partir de carbure de molybdène et de sucre convertit le CO2 en CO avec une sélectivité de 100%.
• Le catalyseur reste stable dans le temps, le rendant adapté aux applications industrielles.
• Le catalyseur pourrait jouer un rôle dans la capture et le stockage du carbone, offrant une solution plus universelle et économiquement viable.

Un nouveau catalyseur fabriqué à partir d'un métal bon marché et abondant ainsi que de sucre commun a le pouvoir de transformer le gaz dioxyde de carbone (CO2) en monoxyde de carbone (CO).

Dans une étude récemment publiée par l'Université Northwestern, le  nouveau catalyseur a réussi à convertir le CO2 en CO, un élément clé pour produire une variété de produits chimiques utiles. Lorsque la réaction se produit en présence d'hydrogène, par exemple, le CO2 et l'hydrogène se transforment en  gaz de synthèse (ou syngaz), un précurseur de grande valeur pour la production de carburants pouvant potentiellement remplacer l'essence.

Crédit de l'image schématique : Milad Khoshooei à l'Université Northwestern. Cliquez ici pour accéder à la page du communiqué de presse.

L'étude intitulée "An active, stable cubic molybdenum carbide catalyst for the high-temperature reverse water-gas shift reaction" a été publiée dans la revue Science.

Avec les récents progrès dans les technologies de capture du carbone, la captation post-combustion du carbone devient une option envisageable pour aider à lutter contre la crise du changement climatique mondial. Mais la question de la gestion du carbone capté reste ouverte. Le nouveau catalyseur pourrait potentiellement offrir une solution pour éliminer le puissant gaz à effet de serre en le transformant en un produit plus précieux.

"Même si nous arrêtions d'émettre du CO2 maintenant, notre atmosphère aurait toujours un excès de CO2 en raison des activités industrielles des siècles passés," a déclaré Milad Khoshooei de Northwestern, co-auteur de l'étude. "Il n'y a pas de solution unique à ce problème. Nous devons réduire les émissions de CO2 et trouver de nouvelles façons de diminuer la concentration de CO2 déjà présente dans l'atmosphère. Nous devrions exploiter toutes les solutions possibles."

"Nous ne sommes pas le premier groupe de recherche à convertir le CO2 en un autre produit," a déclaré Omar K. Farha de Northwestern, auteur principal de l'étude. "Cependant, pour que le processus soit vraiment pratique, il faut un catalyseur qui réponde à plusieurs critères essentiels : abordabilité, stabilité, facilité de production et extensibilité. Équilibrer ces quatre éléments est crucial. Heureusement, notre matériau excelle en répondant à ces exigences."

Expert en technologies de captage du carbone, Farha est professeur de chimie Charles E. et Emma H. Morrison au Collège des arts et des sciences de Weinberg de Northwestern. Après avoir commencé ce travail en tant que doctorant à l'Université de Calgary au Canada, Khoshooei est maintenant un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Farha.

Des solutions issues de la cuisine

Le secret derrière le nouveau catalyseur est le carbure de molybdène, un matériau céramique extrêmement dur. Contrairement à de nombreux autres catalyseurs qui nécessitent des métaux coûteux comme le platine ou le palladium, le molybdène est un métal bon marché, non précieux et abondant sur Terre.

Pour transformer le molybdène en carbure de molybdène, les scientifiques avaient besoin d'une source de carbone. Ils ont découvert une option peu coûteuse dans un endroit inattendu : la cuisine. Étonnamment, le sucre - le genre blanc et granulé que l'on trouve dans presque tous les foyers - a servi de source de carbone peu coûteuse et pratique.

"Chaque jour où j'essayais de synthétiser ces matériaux, j'apportais du sucre au laboratoire depuis chez moi," a déclaré Khoshooei. "Comparé à d'autres catégories de matériaux couramment utilisés pour les catalyseurs, le nôtre est incroyablement bon marché."

Une sélectivité et une stabilité réussies

Lors des tests du catalyseur, Farha, Khoshooei et leurs collaborateurs ont été impressionnés par son succès. Fonctionnant à des pressions ambiantes et à des températures élevées (300-600°C), un catalyseur a converti le CO2 en CO avec une sélectivité de 100%.

Une haute sélectivité signifie que le catalyseur n'agissait que sur le CO2 sans perturber les matériaux environnants. En d'autres termes, l'industrie pourrait appliquer le catalyseur à de grands volumes de gaz capturés et cibler sélectivement uniquement le CO2. Le catalyseur est également resté stable dans le temps, restant actif et ne se dégradant pas.

"En chimie, il n'est pas rare qu'un catalyseur perde sa sélectivité après quelques heures," a déclaré Farha. "Mais, après 500 heures dans des conditions difficiles, sa sélectivité n'a pas changé."

Cela est particulièrement remarquable car le CO2 est une molécule stable - et tenace.

"Convertir le CO2 n'est pas facile," a déclaré Khoshooei. "Le CO2 est une molécule chimiquement stable, et nous avons dû surmonter cette stabilité, ce qui demande beaucoup d'énergie.

Approche en tandem pour la purification du carbone

Le développement de matériaux pour la captation du carbone est un axe majeur du laboratoire de Farha. Son groupe développe des réseaux métallo-organiques (MOF), une classe de matériaux nanométriques hautement poreux que Farha compare à des "éponges de bain sophistiquées et programmables". Farha explore les MOF pour diverses applications, notamment pour extraire le CO2 directement de l'air.

Maintenant, Farha affirme que les MOF et le nouveau catalyseur pourraient travailler ensemble pour jouer un rôle dans la captation et la séquestration du carbone.

"À un moment donné, nous pourrions utiliser un MOF pour capturer le CO2, suivi d'un catalyseur le convertissant en quelque chose de plus bénéfique," a suggéré Farha. "Un système en tandem utilisant deux matériaux distincts pour deux étapes séquentielles pourrait être la voie à suivre."

"Cela pourrait nous aider à répondre à la question : 'Que faisons-nous avec le CO2 capturé ?'" a ajouté Khoshooei. "Pour l'instant, le plan est de le séquestrer sous terre. Mais les réservoirs souterrains doivent répondre à de nombreuses exigences pour stocker de manière sûre et permanente le CO2. Nous voulions concevoir une solution plus universelle qui puisse être utilisée n'importe où tout en ajoutant une valeur économique."

Farha est membre de l'Institut international de nanotechnologie et affilié universitaire de l'Institut Paula M. Trienens pour la durabilité et l'énergie.

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Cette technologie catalytique pourrait bien être ce dont nous avons besoin pour lancer le recyclage du CO2. C'est vraiment dommage qu'il y ait autant de scandale autour du réchauffement climatique dans le communiqué de presse. On le tolère car approfondir les recherches sur le recyclage aura besoin de financement et pour l'instant, ceux qui s'intéressent au réchaufement ont la main sur le portefeuille.

Pour l'instant, les biologistes, agronomes et botanistes sont horrifiés par ce type de reportage. Nettoyer le CO2 fait se demander aux experts où les créatures vont trouver leur nourriture si les humains "nettoient" la source de nourriture des plantes vertes. Qu'est-ce que les cerisiers, orangers, pommiers, blé, riz, maïs, pommes de terre, peupliers, algues, miscanthus et canne à sucre consomment pour vivre et croître ?  Du CO2

Par Brian Westenhaus via New Energy and Fuel

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