Dans un monde où la lutte contre le changement climatique est devenue une priorité, des chercheurs se sont engagés dans une quête pour transformer le CO2, un gaz à effet de serre nocif, en une ressource précieuse. Découvrez comment ils repoussent les limites de la technologie pour atteindre cet objectif.
Des groupes de recherche à travers le monde travaillent sur le développement de technologies pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) en matières premières pour des applications industrielles. La plupart des expériences menées dans des conditions industriellement pertinentes ont été réalisées avec des électrocatalyseurs hétérogènes, c’est-à-dire des catalyseurs qui sont dans une phase chimique différente des substances réactives.
Les catalyseurs homogènes, qui sont dans la même phase que les réactifs, sont toutefois généralement considérés comme plus efficaces et sélectifs. Jusqu’à présent, il n’y avait pas de configurations où les catalyseurs homogènes pouvaient être testés dans des conditions industrielles.
Une équipe dirigée par Kevinjeorjios Pellumbi et le professeur Ulf-Peter Apfel de l’Université de la Ruhr et de l’Institut Fraunhofer pour la technologie environnementale, de sécurité et d’énergie UMSICHT à Oberhausen a maintenant comblé cette lacune.
Efficacité et stabilité à long terme
L’équipe a exploré la conversion du CO2 en utilisant l’électrocatalyse. Dans ce processus, une source de tension fournit de l’énergie électrique, qui est alimentée au système de réaction via des électrodes et entraîne les conversions chimiques aux électrodes. Un catalyseur facilite la réaction ; dans l’électrocatalyse homogène, le catalyseur est généralement un complexe métallique dissous.
Dans une électrode dite de diffusion de gaz, le matériau de départ CO2 s’écoule devant l’électrode, où les catalyseurs le convertissent en monoxyde de carbone. Ce dernier est à son tour une matière première courante dans l’industrie chimique.
Les chercheurs ont intégré les catalyseurs à complexe métallique dans la surface de l’électrode sans les lier chimiquement à celle-ci. Ils ont montré que leur système pouvait convertir efficacement le CO2 : il a généré des densités de courant de plus de 300 milliampères par centimètre carré. De plus, le système est resté stable pendant plus de 100 heures sans montrer aucun signe de dégradation.
En synthèse
Les résultats de cette recherche montrent que les catalyseurs homogènes peuvent généralement être utilisés pour les cellules d’électrolyse. Cependant, ils nécessitent une composition d’électrode spécifique.
Plus précisément, les électrodes doivent permettre une conversion directe du gaz sans solvants afin que le catalyseur ne soit pas lessivé de la surface de l’électrode. Contrairement à ce qui est souvent décrit dans la littérature spécialisée, il n’est pas nécessaire d’avoir un matériau porteur qui couple chimiquement le catalyseur à la surface de l’électrode.
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« Nos résultats ouvrent la possibilité de tester et d’intégrer des électrocatalyseurs homogènes à haute performance et facilement variables dans des scénarios d’application pour des processus électrochimiques », conclut Ulf-Peter Apfel.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’électrocatalyse ?
L’électrocatalyse est un processus qui utilise une source de tension pour fournir de l’énergie électrique, qui est alimentée au système de réaction via des électrodes et entraîne les conversions chimiques aux électrodes.
Qu’est-ce qu’un catalyseur homogène ?
Un catalyseur homogène est un catalyseur qui est dans la même phase que les réactifs. Ils sont généralement considérés comme plus efficaces et sélectifs.
Qu’est-ce qu’un catalyseur hétérogène ?
Un catalyseur hétérogène est un catalyseur qui est dans une phase chimique différente des substances réactives.
Qu’est-ce que le monoxyde de carbone ?
Le monoxyde de carbone est un gaz qui est une matière première courante dans l’industrie chimique. Il est produit par la conversion du CO2 par électrocatalyse.
Qu’est-ce que la conversion du CO2 ?
La conversion du CO2 est un processus qui transforme le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre nocif, en une ressource précieuse pour des applications industrielles.
Références
Légende illustration principale : « Kevinjeorjios Pellumbi with the experimental setup for CO2 conversion » – Crédit : RUB, Marquard
Article : « Pushing the Ag-loading of CO2 electrolyzers to the minimum via molecularly tuned environments » – DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101746
