Comment des microbes pourraient révolutionner le recyclage du CO2

Des scientifiques US ont découvert une méthode innovante pour convertir les émissions de dioxyde de carbone en produits utiles, sans passer par une étape coûteuse de séparation des gaz. Cette avancée pourrait transformer la manière dont nous abordons la réduction des émissions de CO2, un facteur clé du changement climatique.

Une nouvelle approche pour recycler le CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère terrestre est un moteur principal du changement climatique, avec la combustion des combustibles fossiles représentant 90 % de toutes les émissions de CO2. Les nouvelles réglementations de l’Agence de protection de l’environnement (EPA) introduites en avril exigent que les centrales à combustibles fossiles réduisent leurs émissions de gaz à effet de serre de 90 % d’ici 2039.

De nombreux chercheurs estiment que stocker ce CO2 serait un gaspillage, car le carbone est nécessaire pour fabriquer de nombreux produits quotidiens tels que les vêtements, les parfums, le carburant pour avions, le béton et le plastique. Cependant, le recyclage du CO2 nécessite généralement qu’il soit séparé des autres gaz, un processus coûteux.

Des électrodes innovantes pour une conversion efficace

Des chercheurs de l’Université du Michigan ont mis au point de nouveaux types d’électrodes, améliorées avec un revêtement de bactéries, qui peuvent contourner cette étape. Alors que les électrodes métalliques conventionnelles réagissent avec le soufre, l’oxygène et d’autres composants de l’air et des gaz de combustion, les bactéries semblent moins sensibles à ces éléments.

« Les microbes sur ces électrodes, ou biocatalyseurs, peuvent utiliser des concentrations plus faibles de CO2 et semblent plus robustes en termes de gestion des impuretés par rapport aux électrodes utilisant des catalyseurs métalliques », a précisé Joshua Jack, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l’Université du Michigan.

Pour évaluer les économies potentielles en utilisant des biocatalyseurs pour éviter l’étape de séparation des gaz, l’équipe de Jack a analysé des données provenant d’études antérieures, établissant des taux d’efficacité pour la conversion de différents gaz résiduels contenant du CO2. Ils ont ensuite utilisé ces données pour évaluer l’empreinte carbone et les coûts de production de divers produits dérivés du CO2.

Les résultats ont montré que l’utilisation d’électricité renouvelable, comme les cellules solaires, avec une source de CO2 concentrée, sans séparation des gaz, permet d’obtenir l’empreinte carbone la plus faible et les produits les plus compétitifs en termes de coûts. Cependant, ce scénario idéal n’est possible que pour des sources de CO2 particulièrement propres et concentrées, telles que celles provenant de la fermentation dans les usines de bioéthanol.

Vers une économie circulaire du carbone

La séparation du CO2 des gaz de combustion dans les opérations de combustion de combustibles fossiles peut coûter entre 40 et 100 dollars par tonne de CO2. Pour des sources exceptionnellement diluées comme l’air ambiant, le coût peut atteindre 300 à 1 000 dollars par tonne. L’analyse a montré qu’en utilisant directement les gaz résiduels ou l’air, le recyclage du CO2 à partir de sources diluées pourrait devenir économiquement viable.

« Notre espoir est d’accélérer l’évolutivité des technologies de conversion du CO2 pour atténuer le changement climatique et améliorer la circularité du carbone », a conclu Joshua Jack. « Nous voulons décarboniser rapidement l’énergie et maintenant même l’industrie chimique, dans un délai beaucoup plus court. »

Légende: Joshua Jack, professeur d’ingénierie civile et environnementale à l’université du Michigan, a publié de nouvelles recherches montrant que la séparation coûteuse des gaz n’est peut-être pas nécessaire pour fabriquer des produits à partir du dioxyde de carbone présent dans l’air. Crédit photo : Brenda Ahearn/Université du Michigan.

Article : « Electrified CO2 valorization in emerging nanotechnologies: a technical analysis of gas feedstock purity and nanomaterials in electrocatalytic and bio-electrocatalytic CO2 conversion » – DOI: https://doi.org/10.1039/D3EN00912B