[News] Un catalyseur pour transformer le CO2 en carburant pour piles à combustible

[Redbran]

Parmi les pistes pour aller vers une société à faible empreinte carbone, la réutilisation du CO2 séduit de nombreuses équipes. Des scientifiques de l’IRCELYON (CNRS/Université Lyon 1) en collaboration avec le LCPB (CNRS/Collège de France), le LASIR (CNRS/Université de Lille) et l’université d’Aix-la-Chapelle ont mis au point des catalyseurs solides et poreux, capables de transformer le dioxyde de carbone en un carburant pour les piles à combustible: l’acide formique. Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, proposent une méthode qui dure plusieurs jours, sans chute d’activité, en se servant la lumière visible comme source d’énergie.

Réduction du dioxyde de carbone par le catalyseur d’IRCELYON opérant sous le soleil lyonnais.
© J. Canivet

Fléau moderne, le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique peut être capturé et réutilisé. Par exemple, des réactions de réduction cassent les liaisons entre ses atomes d’oxygène et de carbone, qui sont ensuite réarrangés pour obtenir des molécules d’intérêt. Des techniques existent ainsi pour transformer le CO2 en acide formique (HCO2H), prisé pour alimenter des piles à combustible. Malheureusement, ces réactions emploient des systèmes catalytiques solubles difficiles à séparer à la fin de l’opération et qui se désactivent rapidement. Des scientifiques de l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon (IRCELYON, CNRS/Université Lyon 1), du Laboratoire de chimie des processus biologiques (LCPB, CNRS/Collège de France), du Laboratoire avancé de spectroscopie pour les interactions, la réactivité et l’environnement (LASIRE, CNRS/Université de Lille) et l’université d’Aix-la-Chapelle ont donc conçu un catalyseur solide, capable de maintenir la réaction pendant plusieurs jours à la seule aide de la lumière visible. Il est également facile à extraire et à réutiliser une fois l’opération terminée.

Ce catalyseur est fabriqué à partir de polymères poreux tridimensionnels, dont la structure connecte ensemble les éléments catalytiques et ceux chargés d’alimenter la réaction grâce à l’énergie lumineuse. La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique se produit via des transferts d’électrons nécessaires à la réduction du CO2, particulièrement rapides et efficaces dans ces systèmes. Ces performances sont à la fois vérifiées par des expériences et des calculs théoriques. Le catalyseur maintient la réaction pendant quatre jours, là où les systèmes précédents s’épuisaient en moins de six heures. Il peut également être déposé en films, ce qui faciliterait une éventuelle utilisation de même type que les panneaux solaires, à laquelle les chercheurs réfléchissent.

Le dioxyde de carbone réduit en acide formique, puis utilisé pour propulser une voiture grâce à une pile à combustible, en présence de dioxygène.
© J. Canivet.

Références:
Florian Michael Wisser, Mathis Duguet, Quentin Perrinet, Ashta Chandra Ghosh, Marcelo Alves-Favaro, Yorck Mohr, Chantal Lorentz, Elsje Alessandra Quadrelli, Regina Palkovits, David Farrusseng, Caroline Mellot-Draznieks, Vincent De Waele, Jérôme Canivet. Molecular Porous Photosystems Tailored for Long‐Term Photocatalytic CO2 Reduction. Angewandte Chemie International Edition.
DOI: 10.1002/anie. 201912883

Florian Michael Wisser, Yorck Mohr, Elsje Alessandra Quadrelli, Jérôme Canivet. Porous Macroligands: Materials for Heterogeneous Molecular Catalysis. ChemCatChem, Concept Paper.
DOI: 10.1002/cctc.201902064

Contacts:
- Jérôme Canivet - Chercheur (Ircelyon UMR5256) - jerome.canivet at ircelyon.univ-lyon1.fr
- Florian Michael Wisser - IRCELYON - florian.wisser at ircelyon.univ-lyon1.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - inc.communication at cnrs.fr

Source: CNRS INC

[Victor]

est ce que ça se veut sérieux ? à ma connaissance le CO2 c'est assez bas dans l'échelle des entropies, d'où vient l'énergie fournie à la pile à combustible ? Puis fabriquer un acide formique pour le bruler dans la pile ce n'est pas vraiment réaliste, ça dépendra de la quantité de catalyseur présent dans le temps de production d'énergie de la pile autant dire que le produit énergétique c'est le catalyseur, le captage de l'énergie solaire il dépend de sa présence

[DenisCADIOT]

Bjr, la lecture de l'article me laisse sur ma faim.
Le schéma n'indique pas dans la réaction de synthèse à la lumière d'où proviennent les atomes d'hydrogène de l'acide formique obtenu, et quels sont les produits rejetés par la pile à combustibles.
Logiquement la pile devrait rejeter du CO2 si tel est le cas le système ne diminuera pas la quantité de CO2 présent dans l'atmosphère. Exactement comme dans le cas de la photosynthèse des plantes que l'on brûle non ?

[MOF@IRCELYON]

effectivement, la pile produira de l'eau et du CO2 comme déchets, et le CO2 pourra être recyclé à nouveau comme carburant.
Notre système n'a pas pour but de capturer ou de réduite la quantité de CO2 déjà présente dans l’atmosphère mais de produire de l'énergie sans produire plus de CO2.

[Victor]

Du CO2 et de l'eau, comme combustibles ?
Et même avec des choses, plus ou moins solaires
N'importe quoi ! Êtes-vous sérieux ?
A que je sache les rendements lumineux
Photovoltaïques, ils sont assez faibles
Si vous aviez plus d'informations sur ce sujet
des cellules photo-électriques, je serais preneur

[macland]

Du CO2 et de l'eau, comme combustibles ? Et même avec des choses, plus ou moins solaires
N'importe quoi ! Êtes-vous sérieux ?

Victor, tu n'as pas bien lu, il est écrit:la pile produira de l'eau et du CO2 comme déchets...

[Victor]

Et d'où vient l'énergie produite, dans cette réaction ?
j'ai lu qu'on part d'abord du CO2, du catalyseur et de l'énergie solaire
Si on utilisait l'électrolyse, par un courant électrique, ça serait plus évident
Puis dire que la pile produira des déchets comme de l'eau et du CO2
c'est des déchet assez communs, tous les êtres vivants produisent du CO2
Il n'y a que la photosynthèse qui fasse l'inverse, cela avec un phénomène dû au soleil par les plantes
Je ne comprends pas si on démarre du CO2 et du catalyseur,ça demande de l'énergie
Peut être les chercheurs, ils pensent avoir résolu une partie, du mystère de la photosynthèse, avec ce catalyseur

[macland]

Et d'où vient l'énergie produite, dans cette réaction ?
j'ai lu qu'on part d'abord du CO2, du catalyseur et de l'énergie solaire
Si on utilisait l'électrolyse, par un courant électrique, ça serait plus évident
Puis dire que la pile produira des déchets comme de l'eau et du CO2
c'est des déchet assez communs, tous les êtres vivants produisent du CO2
Il n'y a que la photosynthèse qui fasse l'inverse, cela avec un phénomène dû au soleil par les plantes
Je ne comprends pas si on démarre du CO2 et du catalyseur,ça demande de l'énergie
Peut être les chercheurs, ils pensent avoir résolu une partie, du mystère de la photosynthèse, avec ce catalyseur

Schématiquement, j'ai compris que le catalyseur transforme le CO² en acide formique et crée une réaction (chimique ?) qui produit un courant électrique assez puissant et longtemps pour faire tourner un moteur électrique...

[Victor]

Certes le catalyseur transforme le CO2 en acide formique, mais d'où vient l'énergie nécessaire pour produire cette transformation ?
A savoir casser une molécule de CO2 ce qui n'est pas si facile et pouvoir réorganiser les atomes pour produire l'acide formique

[macland]

Certes le catalyseur transforme le CO2 en acide formique, mais d'où vient l'énergie nécessaire pour produire cette transformation ?
A savoir casser une molécule de CO2 ce qui n'est pas si facile et pouvoir réorganiser les atomes pour produire l'acide formique

...dans le texte: Ce catalyseur est fabriqué à partir de polymères poreux tridimensionnels, dont la structure connecte ensemble les éléments catalytiques et ceux chargés d’alimenter la réaction grâce à l’énergie lumineuse....

[Victor]

Excuse moi mais je ne te comprends pas je te parle de l'énergie nécessaire pour casser une molécule de CO2,
tu me réponds avec l'existence d'une superbe molécule de produit de molécule de synthèse, un polymère poreux 3D,
NON ! Ce n"est pas une réponse sur l'énergie nécessaire et suffisante qui est utilisée pour casser le CO2

[MOY]

Pas très claire, cette histoire !
Pas de souci pour le bilan énergétique: c'est la lumière qui apporte l'énergie nécessaire à la réduction de H2O (et dégager de l'oxygène, ce dont l'article ne parle pas...).
Le CO2 se combine bien à l'eau pour faire du glucose et rejeter de l'oxygène avec un catalyseur approprié (la chlorophylle!). Ca s'appelle la photosynthèse!
Par contre, on aimerait un peu de quantitatif pour évaluer l'intérêt de la chose .

[Victor]

Question de réalité physique le CO² et un produit de combustion quelques soit le phénomène de combustion mis en question et pour produire de l'oxygène il me semble qu'il faut une énergie chimique comme celle des électrolyses,les produit oxygène et le carbone pur n'existant qu'avec cette énergie de l’électrolyse, un phénomène qui casse les molécules de CO² en séparant O² et C