Des chercheurs singapouriens ont développé une technique novatrice pour convertir efficacement le dioxyde de carbone (CO2) des gaz résiduaires industriels en produits chimiques et carburants à haute valeur ajoutée.
Face au défi urgent posé par l’augmentation des émissions de dioxyde de carbone (CO2) et leur impact sur le changement climatique, des chercheurs de l’Université Nationale de Singapour (NUS) ont mis au point une nouvelle technique permettant d’améliorer considérablement la conversion des déchets de dioxyde de carbone (CO2) en produits chimiques et carburants à valeur ajoutée.
Sous la direction du professeur assistant LUM Yanwei du Département de génie chimique et biomoléculaire de la NUS, l’équipe de recherche a développé une innovation permettant la conversion directe du CO2 provenant des gaz résiduaires traités, un sous-produit courant des procédés industriels, en produits multi-carbones (C2+) de haute valeur tels que l’éthylène et l’éthanol, des matières premières essentielles pour la production de divers composés du quotidien comme les plastiques, les polymères et les détergents.
Marier la conception de catalyseurs et la sélection d’électrolytes
La capture, l’utilisation et le stockage du carbone sont un processus fondamental pour un avenir durable, s’appuyant sur un ensemble de technologies parmi lesquelles la réduction électrochimique du CO2 est essentielle. Ce procédé, qui transforme le CO2 en une gamme de matières premières précieuses pour les produits chimiques et les carburants, exige traditionnellement du CO2 de haute pureté, entraînant des coûts importants en raison de la purification énergivore du composé à partir de sources comme les gaz résiduaires.
De plus, la présence d’impuretés d’oxygène dans les gaz résiduaires entraîne des réactions secondaires indésirables, réduisant considérablement l’efficacité du processus de réduction du CO2.
L’équipe du professeur assistant Lum a cherché à contourner ces défis en intégrant la conception de catalyseurs et la sélection d’électrolytes. Dans leur récente étude publiée dans la revue scientifique Nature Communications, les chercheurs ont d’abord introduit une nouvelle méthode pour concevoir des catalyseurs avec des efficacités grandement améliorées pour la conversion électrochimique du CO2.
En utilisant cette approche, ils ont conçu un catalyseur au nickel offrant des performances exceptionnelles pour la réduction du CO2, atteignant un taux d’efficacité impressionnant dépassant 99 %.
Un système composite innovant
Dans une autre étude qui s’appuie sur la précédente, l’équipe de la NUS a conçu un système composite en superposant séquentiellement ce catalyseur au nickel sur une surface en cuivre.
« Nous avons constaté que l’intégration d’électrolytes acides avec ce système composite supprime considérablement les réactions secondaires indésirables provenant des impuretés d’oxygène dans les gaz résiduaires », a expliqué le professeur assistant Lum. De manière impressionnante, ce système a démontré des performances comparables aux systèmes utilisant du CO2 pur comme matière première.
Le professeur assistant a souligné l’impact économique potentiel de leurs recherches : « Le coût de purification du CO2 peut s’élever à environ 70 à 100 dollars américains par tonne, ce qui peut représenter environ 30 % des coûts impliqués dans la conversion du CO2 en matières premières telles que l’éthylène par des moyens électrochimiques. »
« Notre nouvelle technique démontre une voie potentielle pour le développement d’électrolyseurs efficaces pour la conversion directe du CO2 dans les gaz résiduaires, en utilisant des stratégies simples mais efficaces de conception d’électrolytes et de catalyseurs pour faire progresser les solutions de durabilité intégrées », a ajouté Yanwei Lum.
Passer à l’échelle pour des applications à grande échelle
Les implications potentielles de cette recherche vont au-delà de la production d’éthylène et d’éthanol. En ajustant le système de catalyseurs, la technique des chercheurs pourrait être appliquée à la synthèse d’autres produits chimiques précieux comme l’acétate et le propanol, utilisés dans la production de produits courants comme les adhésifs et les désinfectants respectivement. Cette polyvalence offre une large plateforme pour convertir les déchets de CO2 en une gamme diversifiée de produits chimiques, soulignant l’adaptabilité de la technique aux différents besoins industriels.
« Nous constatons un vif intérêt de la part de l’industrie et nous sommes actuellement en pourparlers avec certaines entreprises pour faire progresser davantage cette recherche », a conclu le professeur assistant . « Notre objectif est d’améliorer l’efficacité énergétique et l’évolutivité de notre système, en allant au-delà des expériences à l’échelle du laboratoire pour développer des réacteurs prototypes pouvant être appliqués dans des environnements industriels. »
Légende illustration : l’équipe de chercheurs de l’université nationale de Singapour a conçu un catalyseur composite à base de nickel (à l’extrême gauche) capable de faciliter la conversion directe du dioxyde de carbone des gaz de combustion en produits multi-carbones avec une efficacité remarquable. Crédit : National University of Singapore
Article : « Nanocurvature-induced field effects enable control over the activity of single-atom electrocatalysts » – DOI: 10.1038/s41467-024-46175-1
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