Les scientifiques qui cherchent à convertir le dioxyde de carbone en carburants propres et en produits chimiques utiles transforment souvent l’hydrogène gazeux et les carbonates en sous-produits indésirables.
À la base, la molécule de CO2 n’est qu’un arrangement d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène qui peuvent être réorganisés grâce à une technique appelée réduction électrochimique du dioxyde de carbone (CO2R) en carburants propres et produits chimiques utiles. Mais le processus se déroule souvent à perte, avec des mécanismes concurrents qui tirent les atomes dans des directions indésirables qui créent des sous-produits indésirables.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs du laboratoire Amanchukwu de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago ont décrit un moyen de manipuler les molécules d'eau pour rendre le CO2R plus efficace et créer une boucle d'énergie propre.
Dans un article publié dans Catalyse naturelleles chercheurs expliquent qu'ils ont pu réaliser du CO2R avec une efficacité de près de 100 % dans des conditions légèrement acides, en utilisant de l'or ou du zinc comme catalyseurs.
« Imaginez que nous puissions avoir de l'électricité verte à partir de l'énergie solaire et éolienne, puis utiliser cette électricité pour reconvertir le dioxyde de carbone en carburant », a déclaré Reggie Gomes, premier auteur du journal, dans un communiqué aux médias.
SON
Le démontage électrochimique d’une molécule s’apparente à un coup de frein dans une partie de billard. L'arrangement précédent disparaît et les boules se dispersent sur la table, s'immobilisant dans de nouvelles combinaisons, pas toujours celles souhaitées par le joueur.
De la même manière, les scientifiques qui effectuent du CO2R utilisent l’électricité et l’eau pour décomposer et réorganiser les gaz à effet de serre. Cela envoie des atomes de carbone et d'oxygène du dioxyde de carbone en travers de la table avec des atomes d'hydrogène de l'eau.
Si cela fonctionne comme prévu, les atomes forment d’autres molécules plus intéressantes qui peuvent être utilisées comme carburants ou produits chimiques.
Mais à mesure que les atomes se dispersent, des appariements stables de deux atomes d’hydrogène forment souvent un processus appelé réaction de dégagement d’hydrogène (HER). Cela rend le CO2R moins efficace, car l’énergie et les atomes qui deviennent de l’hydrogène gazeux ne peuvent pas faire partie des molécules que les scientifiques essayaient de créer.
Même dans de petites quantités d’eau, le CO2R est toujours en concurrence avec le HER.
Le laboratoire Amanchukwu a appliqué les connaissances des batteries aqueuses au problème, en émettant l’hypothèse que le contrôle de l’eau avec des solvants organiques pourrait apporter une solution.
Le bling-bling
Le CO2R et le HER dépendent tous deux de l’eau comme donneur de protons.
En utilisant des solvants organiques et des additifs acides, l'équipe a pu ajuster le comportement de l'eau, trouvant le point idéal où elle donne la bonne quantité de protons pour créer les molécules souhaitées, et non l'hydrogène gazeux et d'autres matériaux indésirables comme les carbonates.
Cependant, bon nombre des moyens les plus efficaces de réaliser du CO2R reposent sur les métaux précieux.
« Le platine, l'argent, l'or : à des fins de recherche, ce sont d'excellents catalyseurs », a déclaré Gomes. « Ce sont des matériaux très stables. Mais quand on pense aux applications industrielles, leur coût devient prohibitif.
En concevant l’électrolyte, la nouvelle méthode peut obtenir des résultats similaires en utilisant des matériaux moins chers et plus abondants.
« À l’heure actuelle, la meilleure façon de procéder électrochimiquement à température ambiante est d’utiliser des métaux précieux. L’or et l’argent peuvent supprimer un peu la réaction de dégagement d’hydrogène », a déclaré le chercheur en chef Chibueze Amanchukwu. « Grâce à notre découverte, nous pouvons désormais utiliser un métal abondant sur terre, le zinc, car nous disposons désormais d'un moyen distinct pour contrôler l'eau. »
