Transformer directement le CO2 en méthane avec de l'électricité renouvelable

Publié par Adrien le 23/12/2020 à 09:00
Source: CNRS INC

Molécule de CO2 (Wikipédia)
Transformer le CO2 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 (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) moléculaire (Université Grenoble Alpes - CNRS), du Laboratoire de chimie et biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) des métaux (Université Grenoble Alpes - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) - 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 (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) capable de réaliser cette réaction. Directement inspiré du site actif d'enzymes, les catalyseurs du monde (Le mot monde peut désigner :) 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 (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...), 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 (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), 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 CO2 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 (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) de CO2, 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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « 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 (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) de synthèse ou de l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) formique. Produire sélectivement le méthane à partir du CO2 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 (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques...) du CO2. Ce complexe s'est montré très performant pour transformer le CO2 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
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