Vers une production de "carburant solaire"

Une équipe de chercheurs du Laboratoire d'électrochimie moléculaire (Université Paris Diderot/CNRS) vient de développer un procédé capable de transformer le dioxyde de carbone (CO2) en méthane (CH4) à l'aide de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) solaire et d'un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) moléculaire à base de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...). Cette découverte représente une avancée car le CO2 est une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) particulièrement inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.), rejetée en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) massive (Le mot massif peut être employé comme :) par les activités humaines et dont l'impact sur le changement climatique est connu. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie vers la production de "carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) solaire" et le recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui...) du CO2. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature le 17 juillet 2017.

Une photosynthèse "artificielle" pour recycler le CO2

Aujourd'hui considéré comme un déchet (Un déchet (détritus, résidu..) est un objet en fin de vie ou une substance issue d'un processus,...), le recyclage du CO2, utilisé en tant que matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) première, est un défi majeur pour la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) et un enjeu politique de premier plan. Marc Robert et Julien Bonin ont mis au point (Graphie) un procédé capable de le convertir en méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...), principal composant du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...) qui est la troisième source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) la plus utilisée au monde (Le mot monde peut désigner :) après le pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) et le charbon.

Au cours de ce processus, la molécule de CO2 perd progressivement ses atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) qui sont remplacés par des atomes d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), stockant au passage de l'énergie sous forme de liaisons chimiques. Cette transformation, dite "réaction de réduction", permet d'obtenir une variété de composés allant du monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...) et de l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) formique (des matières premières clés pour l'industrie chimique) au méthanol (Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, de carbinol,...) (un carburant liquide), jusqu'au méthane, forme la plus réduite ayant concentré le plus d'énergie.

Si la plupart des processus connus utilisent des catalyseurs basés sur des métaux rares et précieux, les deux chercheurs ont développé un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) à base de fer, un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) abondant, accessible et peu coûteux sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Aucun autre catalyseur moléculaire n'avait permis à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) de réaliser la réduction complète du CO2 en CH4. Ce processus catalytique fonctionne à pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) et température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiantes, en utilisant la lumière solaire comme seule source d'énergie, et ouvre la voie à une utilisation circulaire du CO2.

Un nouveau pas vers une transition énergétique

En démontrant que la combinaison (Une combinaison peut être :) 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 montre qu'il est possible de stocker l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...) renouvelable en une forme de carburant compatible avec les infrastructures industrielles et les réseaux d'énergie existants.

Référence publication:
Visible-light driven methane formation from CO2 with a molecular iron catalyst. Nature, le 17 juillet 2017 Heng Rao, Luciana C. Schmidt, Julien Bonin, Marc Robert

Contacts chercheurs:
Marc ROBERT - Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Diderot/CNRS
Julien BONIN - Université Paris Diderot/CNRS