Un catalyseur pour transformer le CO2 en carburant pour piles à combustible
Publié par Redbran le 21/02/2020 à 14:00
Source: CNRS INC
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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) d'Aix-la-Chapelle ont mis au point (Graphie) des catalyseurs solides et poreux, capables de transformer le 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...) en un carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) pour les piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur :...): l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique...) formique. Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, proposent une méthode qui dure plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...), sans chute d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.), en se servant la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) comme source 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.).


Réduction du dioxyde de carbone par le 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...) d'IRCELYON opérant sous le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...) 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 (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. Il est...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) 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 (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 recherches sur la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui...) et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) de Lyon (IRCELYON, CNRS/Université Lyon 1), du Laboratoire 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 partage des...) 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 (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 l'équation-bilan...) solide, capable de maintenir la réaction pendant plusieurs jours à la seule aide de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) 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 (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait...) 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 (L'heure est une unité de mesure  :). 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 (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température.).
© J. Canivet.

Références:
Florian Michael Wisser, Mathis Duguet, Quentin Perrinet, Ashta Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93.) 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 (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) (Ircelyon UMR5256) - jerome.canivet at ircelyon.univ-lyon1.fr
- Florian Michael Wisser - IRCELYON - florian.wisser at ircelyon.univ-lyon1.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles...) - inc.communication at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr
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