Faire du CO2 une ressource: le cas du méthanol

Publié par Isabelle le 22/07/2021 à 13:00
Source: CNRS INC

© Andrei Khodakov
Principal gaz à effet de serre, le CO2 pourrait-il devenir une ressource renouvelable ? C'est le défi que tentent de relever Andrei Khodakov, Sara Navarro Jaén, Robert Wojcieszak et Mirella Virginie à l'Unité de catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...) et de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du solide (UCCS/CNRS). Ils nous présentent ici comment convertir économiquement ce polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène...) en molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) à haute valeur ajoutée comme le méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol,...).

Comment réduire la teneur en CO2 de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ?

Le CO2 ou dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) est actuellement le polluant le plus important et sans doute la principale cause des dérèglements climatiques. Surtout généré par la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) de ressources fossiles et les activités industrielles, l'objectif de l'Union européenne est d'en réduire les émissions pour 2030 d'au moins 55 % par rapport au niveau de 1990.

Deux stratégies permettent de faire face à l'augmentation constante du CO2 dans l'atmosphère: le captage et le stockage du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) (en anglais, Carbon Capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui...) and Storage, CCS) et le captage et l'utilisation du carbone (en anglais, Carbon Capture and Utilisation, CCU). Il s'agit en gros de capter le CO2 des centrales électriques et des installations industrielles, de le concentrer, de le pressuriser et, soit de le stocker sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) dans des formations géologiques, soit de l'utiliser directement ou après conversion chimique ou biologique en produits à haute valeur ajoutée.

Ce déchet peut-il être une ressource ?

L'utilisation directe du CO2 est possible dans de nombreuses applications industrielles, telles que la récupération assistée du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) ou du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...), les additifs pour boissons, les agents antibactériens et antifongiques, des réfrigérants ou solvants, dans les emballages alimentaires, extincteurs, en soudure et moulage, comme antirouille ou encore pour le traitement de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...). Une autre stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie...) importante de valorisation du CO2 est sa transformation en produits chimiques à plus haute valeur ajoutée par des voies biologiques ou chimiques. Le dioxyde de carbone provenant de diverses sources industrielles peut être converti en biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...) à l'aide de plantes terrestres, de microbes et d'algues. La conversion chimique du CO2 débouche quant à elle sur des carburants ou des substances chimiques qui permettent d'améliorer de façon notable le bilan carbone et le bilan énergétique des technologies existantes.

Transformer le CO2 en méthanol, pourquoi ?

Une des pistes largement étudiées est la conversion chimique du CO2 en méthanol. Utilisé comme carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...), c'est aussi une excellente molécule-plateforme qui peut donner à elle seule environ 30% de tous les produits chimiques actuellement connus. Liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante et facile à manipuler, il est aussi utilisé pour le stockage d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...), ainsi que pour les piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...).

Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) européen "Electrons to high value Chemical products" (E2C), l'équipe de l'UCCS élabore des nouveaux nanocatalyseurs bimétalliques pour la synthèse de méthanol à partir du CO2, qui montrent une sélectivité et une stabilité améliorées par rapport aux catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) classiques. Dans un article de revue récemment paru dans Nature Reviews Chemistry, rédigé en collaboration avec le Laboratoire d'electrochimie moléculaire (LEM/CNRS), ils font l'analyse comparative de cette piste très prometteuse de valorisation du principal gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...) par le biais de la catalyse hétérogène, homogène, enzymatique, photo- et électrocatalyse.

Référence:
Highlights and challenges in the selective reduction of carbon dioxide to methanol,
Sara Navarro-Jaén, Mirella Virginie, Julien Bonin, Marc Robert, Robert Wojcieszak et Andrei Y. Khodakov,
Nature Reviews Chemistry, 24 juin 2021.
https://doi.org/10.1038/s41570-021-00289-y

Contacts:
- Andrei Khodakov - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...), Unité de catalyse et chimie du Solide (CNRS/UNIV ARTOIS/UNIV LILLE/CENTRALE LILLE INSTITUT) -
andrei.khodakov at univ-lille.fr
- Christophe Cartier dit Moulin- Chercheur à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) de l'INC - inc.communication at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...).fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
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