Des chercheurs ont découvert un moyen plus efficace de transformer le dioxyde de carbone en méthanol, un type d’alcool qui peut servir de carburant alternatif plus propre.
En laboratoire, la synthèse du méthanol peut s’avérer extrêmement difficile, en raison de l’extrême complexité de la voie de réaction nécessaire à sa sélection. Les tentatives précédentes de la même équipe pour fabriquer ce précieux carburant liquide à partir du dioxyde de carbone ont utilisé une combinaison de molécules de phtalocyanine de cobalt (CoPc) et d’électricité, mais cette méthode est inefficace car seulement 30 % environ du dioxyde de carbone est converti en méthanol.
Pour améliorer la production de méthanol, l’équipe de cette étude a ajouté un deuxième matériau, la tétraméthoxyphtalocyanine de nickel (NiPc-OCH3), au catalyseur de nanotubes où la réaction a lieu. Ils ont découvert que l’ajout de cette deuxième molécule pouvait catapulter l’efficacité de la production de méthanol jusqu’à 50 %, soit 66 % de mieux que tout autre procédé connu.
« Ce système catalytique est l’un des rares à pouvoir produire du méthanol avec une sélectivité aussi élevée », a indiqué Robert Baker, coauteur de l’étude et professeur de chimie et de biochimie à l’université de l’État de l’Ohio.
L’amélioration de la production de méthanol permettrait non seulement aux scientifiques de produire le liquide plus rapidement et à moindre coût, mais aussi de limiter la quantité de déchets indésirables. Plus important encore, l’accès régulier à une ressource renouvelable aussi flexible pourrait transformer de nombreux aspects de la vie quotidienne, y compris le secteur des transports, a déclaré M. Baker.
« Le méthanol est un produit très intéressant pour la réduction du CO2, car il a une densité énergétique très élevée », a-t-il ajouté. « C’est une excellente molécule – de tous les produits possibles de la réduction du CO2, le méthanol est un excellent candidat pour une utilisation en tant que carburant alternatif. »
Pour confirmer leurs résultats, les scientifiques ont utilisé une technique appelée spectroscopie vibrationnelle par génération de fréquences totales pour analyser où les molécules de dioxyde de carbone se fixaient et comment elles se déplaçaient au cours de la réaction.
Lorsque le dioxyde de carbone est introduit dans le NiPc-OCH3, les chercheurs peuvent constater qu’il se transforme en monoxyde de carbone avant que la réaction catalytique ne le transforme en méthanol.
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Dans ce cas, l’équipe a constaté que les nanotubes de carbone, qui maintenaient les deux catalyseurs en place et facilitaient la circulation de l’électricité au cours de la réaction, influençaient les mouvements des molécules de dioxyde de carbone. Ces tubes agissent essentiellement comme une autoroute qui transporte les intermédiaires de la réaction d’un site catalytique à l’autre au cours de ce processus.
« La double nature des catalyseurs à nanotubes permet au processus de fonctionner de manière extrêmement efficace », a précisé M. Baker.
Étant donné que ce nouveau procédé de production de méthanol nécessite une grande quantité de dioxyde de carbone, les efforts déployés pour le mettre à l’échelle en vue d’une utilisation commerciale devront probablement être utilisés en tandem avec des technologies de capture du carbone qui peuvent éliminer les gaz à effet de serre nocifs de l’atmosphère et les séquestrer ailleurs. « Capter et convertir le carbone directement en carburant serait l’une des meilleures options possibles pour l’humanité », a affirmé M. Baker.
« De plus, les connaissances acquises dans le cadre de cette étude sur la création de catalyseurs doubles à partir de blocs de construction nanométriques pourraient ouvrir la voie à d’autres types de technologies durables, y compris des possibilités pour les chercheurs de concevoir de tout nouveaux types de catalyseurs et de processus chimiques » a t-il dit.
« Nous disposons désormais des outils nécessaires pour comprendre comment, en assemblant différents composants nanométriques dans les bonnes architectures, il est possible de créer de nouveaux systèmes plus efficaces », a-t-il conclu. « C’est une période vraiment passionnante pour ce type de recherche. »
L’étude a été financée par la National Science Foundation et le Yale Center for Natural Carbon Capture. Les coauteurs sont Quansong Zhu (Ohio State), Alvin Chang et Zhenxing Feng (Oregon State University), Huan Li, Zhan Jiang et Yongye Liang (Southern University of Science and Technology), ainsi que Jing Li, Seonjeong Cheon, Yuanzuo Gao, Bo Shang, Conor L. Rooney, Longtao Ren, Shize Yang et Hailiang Wang, tous de l’université de Yale.
Légende illustration : Liquide incolore et relativement volatil, le méthanol renouvelable pourrait réduire les émissions de dioxyde de carbone de 95 %.
