Tout le monde sait désormais que le dioxyde de carbone, le fameux CO₂, est un gaz à effet de serre. Pour limiter le réchauffement climatique anthropique en cours, de nombreux scientifiques cherchent des solutions afin d'en réduire les émissionsémissions. Mais d'autres espèrent parvenir à transformer ce CO₂ en des produits utiles. C'est le cas de chercheurs de l'université Rice (États-Unis). Ils annoncent avoir mis au point un réacteur catalytique qui utilise le dioxyde de carbone comme matièrematière première et qui produit de l'acideacide formique - ou acide méthanoïque, de formule CH₂O₂ - purifié et à forte concentration.

« L'acide formique est un vecteur d'énergieénergie. Un carburant à pile à combustiblepile à combustible capable de générer de l'électricité. En émettant du CO₂, certes, mais un CO₂ que l'on peut désormais envisager de récupérer et de recycler », précise Haotian Wang, ingénieur en génie chimique et biomoléculaire. « Plus largement, en tant que matériaumatériau de stockage de l’énergie, l'acide formique peut contenir près de 1.000 fois l'énergie d'un volumevolume équivalent d'hydrogènehydrogène sous forme de gazgaz. »

Pour s'assurer une empreinte carbone minimale, le réacteur mis au point à l'université Rice doit bien sûr fonctionner à partir d'électricité renouvelable. Son rendement de conversion d'énergie est aujourd'hui d'environ 42 %. Presque la moitié de l'énergie électrique peut donc ainsi être stockée dans de l'acide formique sous la forme d'un carburant liquideliquide.

Ce schéma montre l’électrolyseur développé à l’université Rice (États-Unis) pour réduire le dioxyde de carbone (CO₂), un gaz à effet de serre, en combustibles de valeur. À gauche, un catalyseur qui sélectionne le dioxyde de carbone et le réduit à ions formiates chargés négativement, qui sont entraînés à travers une couche de diffusion de gaz (GDL) et une membrane échangeuse d’anions (AEM) vers l’électrolyte central (en rouge). À droite, un catalyseur de réaction de dégagement d’oxygène (OER) génère des protons positifs à partir de l’eau et les envoie à travers la membrane échangeuse de cations (CEM). Les ions se recombinent en acide formique ou en d’autres produits qui sont extraits du système par de l’eau désionisée (DI) et du gaz. © Chuan Xia et Demin Liu, Université Rice

Un électrolyte solide

Pour faire fonctionner leur système, les chercheurs ont dû développer deux innovations. D'abord, un catalyseurcatalyseur au bismuthbismuth, robuste et bidimensionnel. Un nanomatériau produit au kilogrammekilogramme afin de faciliter le transfert du procédé vers l'industrie. Puis, un électrolyte solidesolide à base de polymèrepolymère recouvert de groupes fonctionnels lui permettant de conduire tant des charges positives que des charges négatives. De quoi permettre aux chercheurs de s'affranchir des classiques électrolytes liquides. Ceux-ci en effet contiennent nécessairement des sels qui se mélangent à l'acide formique produit, et qui contraignent de fait à de lourdes opérations de purification.

Avec leur réacteur actuel, les ingénieurs de l'université Rice ont généré de l'acide formique pendant 100 heures avec une dégradation négligeable des composants. Sachant que la vitessevitesse à laquelle l'eau traverse le système détermine la concentration de la solution obtenue, un débitdébit lent, par exemple, produit une solution contenant près de 30 % en poids d'acide formique.

Les chercheurs espèrent déjà obtenir des concentrations plus élevées grâce à une nouvelle génération de réacteur qui permettra d'introduire un flux de gaz et de produire des vapeurs d'acide formique. Et pourquoi pas, d'autres produits de valeur comme de l'acide acétique, de l'éthanol ou du propanol.

Et si le CO2 devenait une source d'énergie ?

Une équipe de chercheurs vient de développer un procédé capable de transformer le dioxyde de carbone (CO₂) en méthane (CH₄) à l'aide de lumièrelumière solaire et d'un catalyseur moléculaire à base de ferfer. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie vers la production de « carburant solaire » et le recyclage du CO₂.

Article du CNRS paru le 18/07/2017

Grâce à une meilleure compréhension de la synthèse de méthane par les organismes méthanogènes, des chercheurs britanniques espèrent produire bientôt du méthane — de l’énergie donc — à partir de CO₂. © animaflora, Fotolia

Le dioxyde de carbone (CO₂) est aujourd'hui considéré comme un déchet. Son recyclage, en l'utilisant en tant que matière première, est un défi majeur pour la recherche scientifique et un enjeu politique de premier plan. Marc Robert et Julien Bonin ont mis au point un procédé capable de le convertir en méthane, principal composant du gaz naturel qui est la troisième source d'énergie la plus utilisée au monde après le pétrolepétrole et le charbon.

Au cours de ce processus, la moléculemolécule de CO₂ perd progressivement ses atomesatomes d'oxygène qui sont remplacés par des atomes d'hydrogène, stockant au passage de l'énergie sous forme de liaisons chimiquesliaisons chimiques. Cette transformation, dite « réaction de réduction », permet d'obtenir une variété de composés allant du monoxyde de carbonemonoxyde de carbone et de l'acide formique (des matières premières clés pour l'industrie chimique) au méthanol (un carburant liquide), jusqu'au méthane, forme la plus réduite ayant concentré le plus d'énergie.

Un nouveau pas vers une transition énergétique

Si la plupart des processus connus utilisent des catalyseurs basés sur des métauxmétaux rares et précieux, les deux chercheurs ont développé un catalyseur à base de fer, un métal abondant, accessible et peu coûteux sur TerreTerre. Aucun autre catalyseur moléculaire n'avait permis à ce jour de réaliser la réduction complète du CO₂ en CH₄. Ce processus catalytique fonctionne à pressionpression et température ambiantes, en utilisant la lumière solaire comme seule source d'énergie, et ouvre la voie à une utilisation circulaire du CO₂.

En démontrant que la combinaison de la lumière solaire et d'un catalyseur à base de fer est capable de transformer le CO₂ en une molécule à fort contenu énergétique, le Laboratoire d'électrochimie moléculaire (université Paris-Diderot, CNRS) montre qu'il est possible de stocker l'énergie solaire renouvelable en une forme de carburant compatible avec les infrastructures industrielles et les réseaux d'énergie existants. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature le 17 juillet 2017.

Produire de l'énergie du CO2 à partir de bactéries

Article de Nathalie MayerNathalie Mayer publié le 24 février 2017

Pour limiter les effets sur le climatclimat du dioxyde de carbone (CO₂), on peut travailler à réduire son émission dans l'atmosphèreatmosphère. On peut également chercher un usage à ce gaz à effet de serregaz à effet de serre réputé indésirable. Et pourquoi ne pas en tirer de l'énergie ? C'est l'idée de scientifiques britanniques qui veulent faire travailler des bactériesbactéries.

Les records de concentration en dioxyde de carbone (CO₂) dans notre atmosphère ne cessent de tomber, à tel point que le point de non-retour semble atteint. Mais les scientifiques ne sont pas du genre à baisser les bras. En attendant que de vraies mesures de limitation des émissions de CO₂ soient adoptées et respectées, ils réfléchissent à des solutions alternatives. Comme cette équipe de l'université du Kent (Royaume-Uni) qui cherche à comprendre comment convertir efficacement le CO₂ en méthane utilisable pour produire de l’énergie.

Des organismes dits à métabolismemétabolisme méthanogène pourraient s'en charger. Des bactéries produisent en effet du méthane (CH₄) à partir de CO₂. Ces organismes seraient même responsables du tiers du méthane rejeté dans notre atmosphère. Mais leur culture -- et, de fait, l'industrialisation du procédé -- reste compliquée.

Les organismes méthanogènes sont des organismes anaérobies stricts qui meurent en présence de dioxygène. On les trouve, entre autres, dans des milieux extrêmes tels que des déserts, dans des glaces ou, comme ici, dans des geysers. © tpsdave, Pixabay, DP

Mieux comprendre la biosynthèse du méthane

Ce qui permet à ces bactéries de produire aussi efficacement du méthane à partir de CO₂, c'est le cofacteur F₄₃₀, qui catalysecatalyse la réaction. Les chercheurs de l'université du Kent se sont donc naturellement demandé comment les bactéries en question parviennent à synthétiser ce cofacteur. Une question fondamentale dont les implications pourraient être grandes.

Ils sont finalement parvenus à identifier les protéinesprotéines qui elles-mêmes catalysent la synthèse du cofacteur F₄₃₀. De quoi espérer concevoir des bactéries tout aussi efficaces dans la conversion de CO₂ en méthane, mais bien plus « dociles » et intégrables dans un processus industriel.