Vers un recyclage efficace du CO2
Publié par Adrien le 16/04/2019 à 08:00
Source: CNRS INC
Le recyclage du monoxyde et du dioxyde de carbone (CO et CO2) en hydrocarbures est possible, mais certaines étapes de ces procédés coûtent encore plus d'énergie qu'elles n'en sauvent. Des chercheurs du CNRS et des universités Paris-Sud et Rennes 1 se sont inspirés d'une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les...) naturelle pour améliorer les catalyseurs utilisés dans la réduction du CO2 en CO. Grâce à ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie, cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) demande moins d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et n'a pas plus besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les besoins...) de consommer d'acides.


Au milieu des deux molécules, le centre de fer et de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) qui immobilise le CO2.
© Philipp Gotico

Parmi les pistes pour combattre le réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un...), les procédés de Fischer-Tropsch recyclent le monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée...) (CO) en hydrocarbures. Mais pour que cela fonctionne à partir de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute...) (CO2), ce dernier doit être réduit en CO. Une étape qui réclame deux électrons et deux protons, apportés sous forme d'énergie pour les premiers et par des acides pour les seconds: le système n'est alors pas rentable des points de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) économiques et écologiques. En s'inspirant d'une enzyme présente dans certaines bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi...), des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...) Moléculaire et des Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) d'Orsay (ICMMO, CNRS/Université Paris-Sud), Institut de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) Intégrative de la Cellule (I2BC, CNRS/Université Paris-Sud/CEA) et de l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR, CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1) sont parvenus à une réduction du CO2 à la fois moins énergivore et qui ne demande plus l'ajout d'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.).

Les scientifiques se sont ainsi concentrés sur l'enzyme monoxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) déshydrogénase, dont les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre....) de fer et de nickel forment un centre très efficace pour réduire réversiblement le CO2 en CO. Son succès passe par deux acides aminés qui aident à immobiliser le CO2. Les chercheurs ont donc employé une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) similaire en introduisant de petites molécules azotées, dans un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) proche des composants qui permettent aux globules rouges de transporter le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de...) dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart des...): les porphyrines de fer. Le CO2 ainsi capturé est réduit en CO a un potentiel plus bas de 300 mV, soit environ 40 % de gain, ce qui représente une économie d'énergie significative. L'enzyme piège également des molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) qui fournissent les protons nécessaires à la réaction, ce qui fait qu'il n'y a plus besoin d'ajouter des acides. Ces travaux doivent encore être transposés à échelle industrielle, mais ils apportent de nouvelles perspectives pour le développement de catalyseurs moléculaires pour la réduction du carbone dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :).

Référence

Philipp Gotico, Bernard Boitrel, Regis Guillot, Marie Sircoglou, Annamaria Quaranta, Zakaria Halime, Winfried Leibl et Ally Aukauloo.
Second sphere biomimetic multipoint hydrogen bonding patterns to boost CO2 reduction of iron porphyrins
Angewandte Chemie International Edition - Mars 2019
DOI: 10.1002/anie.201814339
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