Un nouveau catalyseur augmente l'efficacité de la conversion du CO2

Nous avons tous entendu dire que les émissions de dioxyde de carbone (CO₂) nécessitent des solutions urgentes, mais que se passerait-il si nous pouvions transformer ce gaz à effet de serre en produits chimiques ou en carburants utiles ? La conversion électrochimique du CO₂- le processus de transformation du dioxyde de carbone en produits utiles - est une voie prometteuse vers une énergie plus verte et la réduction des émissions. Le problème ? Les méthodes existantes ne durent pas longtemps ou consomment trop d'énergie, ce qui limite leur utilisation dans le monde réel.

La conversion du CO₂à basse température, par exemple, dure généralement moins de 100 heures et atteint des rendements inférieurs à 35 %. Le processus peut être plus pratique à des températures plus élevées - entre 600 et 1 000 degrés Celsius - mais les catalyseurs actuels s'usent souvent rapidement ou nécessitent des métaux précieux coûteux. La technologie a besoin d'une solution efficace, stable et rentable qui puisse transformer le CO₂en produits utiles tels que le monoxyde de carbone, un ingrédient clé dans de nombreux processus industriels.

Aujourd'hui, une équipe dirigée par le professeur Xile Hu de l'EPFL a mis au point un nouveau type de catalyseur qui promet de rendre cette conversion à haute température plus pratique et plus rentable. Ce catalyseur pourrait accélérer la transition vers des industries plus propres en convertissant le CO₂en produits chimiques et en carburants utilisables.

Les chercheurs ont mis au point un catalyseur innovant composé d'un alliage cobalt-nickel (Co-Ni) encapsulé dans un matériau céramique appelé CeO₂dopé au Sm_{(2) O(3) (}SDC). L'encapsulation empêche le métal de s'agglomérer, un problème courant qui réduit l'efficacité du catalyseur. Il est impressionnant de constater que leur catalyseur fonctionne avec une efficacité énergétique de 90 %, une sélectivité du produit de 100 % et qu'il conserve ses performances pendant une durée sans précédent de 2 000 heures ( ), ce qui surpasse de loin les technologies existantes.

Pour créer le catalyseur, le premier auteur et postdoc de l'EPFL, Wenchao Ma, a utilisé une méthode sol-gel, un processus qui mélange des sels métalliques avec des molécules organiques pour former de minuscules clusters métalliques enfermés dans des coquilles en céramique. Ils ont testé différentes combinaisons de métaux et ont découvert qu'un mélange équilibré de cobalt et de nickel offrait les meilleures performances. Contrairement aux catalyseurs traditionnels, qui se dégradent rapidement sous l'effet d'une chaleur intense, l'alliage encapsulé est resté stable, conservant son efficacité même après des milliers d'heures de fonctionnement continu.

Les résultats ont été remarquables. Le nouveau catalyseur a maintenu une efficacité énergétique de 90 % à 800 degrés Celsius tout en convertissant le CO₂en monoxyde de carbone - un produit chimique précieux utilisé dans les processus industriels - avec une sélectivité de 100 %. En d'autres termes, la quasi-totalité de l'électricité utilisée dans la réaction a directement contribué à la production du produit chimique souhaité, sans réactions secondaires inutiles

Cette avancée nous rapproche d'un recyclage pratique et rentable du carbone. Au lieu de rejeter du CO₂dans l'atmosphère, les industries pourraient le réutiliser, en transformant les déchets gazeux en produits de valeur. Cette technologie pourrait aider les industries à réduire leur empreinte écologique, tout en économisant de l'énergie et de l'argent.

Le catalyseur de l'équipe de l'EPFL est resté stable dans des conditions industrielles pendant plus de 2000 heures, ce qui réduit considérablement les coûts d'exploitation. Par rapport aux technologies existantes, leur approche pourrait réduire les coûts globaux de 60 à 80 %, selon l'estimation préliminaire des chercheurs.

Le catalyseur constitue une étape importante vers des industries plus propres. En transformant efficacement le CO₂en produits de valeur, nous pouvons envisager un avenir où les industries recycleront les émissions de carbone aussi régulièrement que nous recyclons aujourd'hui le papier et le plastique. L'équipe de l'EPFL a déposé une demande de brevet international pour le catalyseur.

Autres contributeurs

• Institut de recherche chimique de Catalogne (ICIQ-CERCA)
• Université nationale de Taïwan
• Université technique du Danemark