Transformer le CO
2 en méthane en utilisant de l'électricité renouvelable est une solution prometteuse alternative à la production de biogaz.
Défi relevé par des équipes du Département de chimie moléculaire (Université Grenoble Alpes - CNRS), du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Université Grenoble Alpes - CNRS - CEA/) et de l'Indian association for the cultivation of
science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) de
Kolkata (Calcutta est la capitale de l'État indien du Bengale occidental. Jusqu'en août 1998, la ville...) (Inde) qui viennent de décrire un
catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) à base de nickel et de fer capable de réaliser cette réaction. Directement inspiré du site actif d'enzymes, les catalyseurs du monde vivant, ce composé unique présente une sélectivité comparable aux meilleurs
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) à base de métaux décrits jusqu'à présent. Une étude décrite dans un article de la revue
ACS Energy Letter.
Le méthane, constituant principal du
gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...), est une des sources d'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) majeure de notre économie. Pour tenir les objectifs de l'accord de Paris, il faudra néanmoins stopper d'ici 2050 son extraction des gisements fossiles. D'où l'idée de produire directement ce
carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) à partir de CO
2 recyclé et d'énergies renouvelables, et développer ainsi une économie circulaire du
carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...). Mais comment réaliser un tel cycle vertueux ?
© Carole Duboc
L'électrochimie peut apporter la solution. La molécule de CO
2, longtemps considérée comme un
déchet (Un déchet (détritus, résidu..) est un objet en fin de vie ou une substance issue d'un processus,...), peut être transformée en de nombreux produits à la
surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) d'électrodes selon le nombre de protons et d'électrons qu'on lui apporte. Les réactions les plus courantes et les plus simples mettent en jeu uniquement deux électrons et deux protons pour former par exemple du gaz de synthèse ou de l'acide formique. Produire sélectivement le méthane à partir du CO
2 est théoriquement possible, mais la réaction qui permet d'obtenir directement cet hydrocarbure est plus complexe car elle implique cette fois huit électrons et huit protons. Restait donc à identifier un
catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) capable de contrôler parfaitement ce processus multiélectronique.
Ce que viennent de réaliser des équipes du Département de chimie moléculaire et du Laboratoire de Chimie et Biologie des Métauxà Grenoble et de l'Indian Association for the Cultivation of Science de Kolkata qui ont synthétisé un complexe à base de nickel et de fer, directement inspiré de sites actifs de métalloenzymes impliquant ces mêmes métaux dans le métabolisme du CO
2. Ce complexe s'est montré très performant pour transformer le CO
2 en méthane de manière catalytique. La sélectivité de ce complexe moléculaire est unique pour cette réaction complexe, même comparée aux meilleurs matériaux catalytiques décrits jusqu'à présent. Pour améliorer encore la sélectivité de la production de méthane, les chercheurs tentent maintenant de progresser dans la compréhension du mécanisme chimique à l'origine de cette transformation. Résultats à retrouver dans la revue
ACS Energy Letter.
Références:
Repurposing a Bio-Inspired NiFe Hydrogenase Model for CO Reduction with Selective Production of Methane as the Unique C-based Product
Md Estak Ahmed, Suzanne Adam, Dibyajyoti Saha, Jennifer Fize, Vincent Artero, Abhishek Dey & Carole Duboc
ACS Energy Letter - 13 novembre 2020.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02002