Un réacteur construit à l’université Rice (États-Unis) recycle le dioxyde de carbone (CO2) pour produire des combustibles de valeur. Les scientifiques espèrent qu’il deviendra un moyen efficace et rentable de réutiliser ce gaz à effet de serre et de le garder hors de l’atmosphère. © Jeff Fitlow, Université Rice

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Le CO2 transformé en acide formique pour stocker l'énergie renouvelable

ActualitéClassé sous :Environnement , énergie , gaz carbonique

Le CO2 atmosphérique est en grande partie responsable du réchauffement climatique que nous vivons actuellement. Des chercheurs proposent aujourd'hui de recycler ce CO2 en acide formique dans un réacteur alimenté par de l'électricité renouvelable. Un acide formique qui pourrait, entre autres, alimenter les piles à combustible de nos futures voitures à hydrogène.

Tout le monde sait désormais que le dioxyde de carbone, le fameux CO2, est un gaz à effet de serre. Pour limiter le réchauffement climatique anthropique en cours, de nombreux scientifiques cherchent des solutions afin d'en réduire les émissions. Mais d'autres espèrent parvenir à transformer ce CO2 en des produits utiles. C'est le cas de chercheurs de l'université Rice (États-Unis). Ils annoncent avoir mis au point un réacteur catalytique qui utilise le dioxyde de carbone comme matière première et qui produit de l'acide formique - ou acide méthanoïque, de formule CH2O2 - purifié et à forte concentration.

« L'acide formique est un vecteur d'énergie. Un carburant à pile à combustible capable de générer de l'électricité. En émettant du CO2, certes, mais un CO2 que l'on peut désormais envisager de récupérer et de recycler », précise Haotian Wang, ingénieur en génie chimique et biomoléculaire. « Plus largement, en tant que matériau de stockage de l’énergie, l'acide formique peut contenir près de 1.000 fois l'énergie d'un volume équivalent d'hydrogène sous forme de gaz. »

Pour s'assurer une empreinte carbone minimale, le réacteur mis au point à l'université Rice doit bien sûr fonctionner à partir d'électricité renouvelable. Son rendement de conversion d'énergie est aujourd'hui d'environ 42 %. Presque la moitié de l'énergie électrique peut donc ainsi être stockée dans de l'acide formique sous la forme d'un carburant liquide.

Ce schéma montre l’électrolyseur développé à l’université Rice (États-Unis) pour réduire le dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre, en combustibles de valeur. À gauche, un catalyseur qui sélectionne le dioxyde de carbone et le réduit à ions formiates chargés négativement, qui sont entraînés à travers une couche de diffusion de gaz (GDL) et une membrane échangeuse d’anions (AEM) vers l’électrolyte central (en rouge). À droite, un catalyseur de réaction de dégagement d’oxygène (OER) génère des protons positifs à partir de l’eau et les envoie à travers la membrane échangeuse de cations (CEM). Les ions se recombinent en acide formique ou en d’autres produits qui sont extraits du système par de l’eau désionisée (DI) et du gaz. © Chuan Xia et Demin Liu, Université Rice

Un électrolyte solide

Pour faire fonctionner leur système, les chercheurs ont dû développer deux innovations. D'abord, un catalyseur au bismuth, robuste et bidimensionnel. Un nanomatériau produit au kilogramme afin de faciliter le transfert du procédé vers l'industrie. Puis, un électrolyte solide à base de polymère recouvert de groupes fonctionnels lui permettant de conduire tant des charges positives que des charges négatives. De quoi permettre aux chercheurs de s'affranchir des classiques électrolytes liquides. Ceux-ci en effet contiennent nécessairement des sels qui se mélangent à l'acide formique produit, et qui contraignent de fait à de lourdes opérations de purification.

Avec leur réacteur actuel, les ingénieurs de l'université Rice ont généré de l'acide formique pendant 100 heures avec une dégradation négligeable des composants. Sachant que la vitesse à laquelle l'eau traverse le système détermine la concentration de la solution obtenue, un débit lent, par exemple, produit une solution contenant près de 30 % en poids d'acide formique.

Les chercheurs espèrent déjà obtenir des concentrations plus élevées grâce à une nouvelle génération de réacteur qui permettra d'introduire un flux de gaz et de produire des vapeurs d'acide formique. Et pourquoi pas, d'autres produits de valeur comme de l'acide acétique, de l'éthanol ou du propanol.

  • Des chercheurs proposent de recycler le CO2 en acide formique, un vecteur d’énergie intéressant.
  • Et ce, grâce à un réacteur alimenté par des énergies renouvelables au cœur duquel on trouve notamment un électrolyte solide qui permet d’obtenir des produits purs.
Pour en savoir plus

Et si le CO2 devenait une source d'énergie ?

Une équipe de chercheurs vient de développer un procédé capable de transformer le dioxyde de carbone (CO2) en méthane (CH4) à l'aide de lumière solaire et d'un catalyseur moléculaire à base de fer. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie vers la production de « carburant solaire » et le recyclage du CO2.

Article du CNRS paru le 18/07/2017

Grâce à une meilleure compréhension de la synthèse de méthane par les organismes méthanogènes, des chercheurs britanniques espèrent produire bientôt du méthane — de l’énergie donc — à partir de CO2. © animaflora, Fotolia

Le dioxyde de carbone (CO2) est aujourd'hui considéré comme un déchet. Son recyclage, en l'utilisant en tant que matière première, est un défi majeur pour la recherche scientifique et un enjeu politique de premier plan. Marc Robert et Julien Bonin ont mis au point un procédé capable de le convertir en méthane, principal composant du gaz naturel qui est la troisième source d'énergie la plus utilisée au monde après le pétrole et le charbon.

Au cours de ce processus, la molécule de CO2 perd progressivement ses atomes d'oxygène qui sont remplacés par des atomes d'hydrogène, stockant au passage de l'énergie sous forme de liaisons chimiques. Cette transformation, dite « réaction de réduction », permet d'obtenir une variété de composés allant du monoxyde de carbone et de l'acide formique (des matières premières clés pour l'industrie chimique) au méthanol (un carburant liquide), jusqu'au méthane, forme la plus réduite ayant concentré le plus d'énergie.

Un nouveau pas vers une transition énergétique

Si la plupart des processus connus utilisent des catalyseurs basés sur des métaux rares et précieux, les deux chercheurs ont développé un catalyseur à base de fer, un métal abondant, accessible et peu coûteux sur Terre. Aucun autre catalyseur moléculaire n'avait permis à ce jour de réaliser la réduction complète du CO2 en CH4. Ce processus catalytique fonctionne à pression et température ambiantes, en utilisant la lumière solaire comme seule source d'énergie, et ouvre la voie à une utilisation circulaire du CO2.

En démontrant que la combinaison de la lumière solaire et d'un catalyseur à base de fer est capable de transformer le CO2 en une molécule à fort contenu énergétique, le Laboratoire d'électrochimie moléculaire (université Paris-Diderot, CNRS) montre qu'il est possible de stocker l'énergie solaire renouvelable en une forme de carburant compatible avec les infrastructures industrielles et les réseaux d'énergie existants. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature le 17 juillet 2017.


Produire de l'énergie du CO2 à partir de bactéries

Article de Nathalie Mayer publié le 24 février 2017

Pour limiter les effets sur le climat du dioxyde de carbone (CO2), on peut travailler à réduire son émission dans l'atmosphère. On peut également chercher un usage à ce gaz à effet de serre réputé indésirable. Et pourquoi ne pas en tirer de l'énergie ? C'est l'idée de scientifiques britanniques qui veulent faire travailler des bactéries.

Les records de concentration en dioxyde de carbone (CO2) dans notre atmosphère ne cessent de tomber, à tel point que le point de non-retour semble atteint. Mais les scientifiques ne sont pas du genre à baisser les bras. En attendant que de vraies mesures de limitation des émissions de CO2soient adoptées et respectées, ils réfléchissent à des solutions alternatives. Comme cette équipe de l'université du Kent (Royaume-Uni) qui cherche à comprendre comment convertir efficacement le CO2 en méthane utilisable pour produire de l’énergie.

Des organismes dits à métabolisme méthanogène pourraient s'en charger. Des bactéries produisent en effet du méthane (CH4) à partir de CO2. Ces organismes seraient même responsables du tiers du méthane rejeté dans notre atmosphère. Mais leur culture -- et, de fait, l'industrialisation du procédé -- reste compliquée.

Les organismes méthanogènes sont des organismes anaérobies stricts qui meurent en présence de dioxygène. On les trouve, entre autres, dans des milieux extrêmes tels que des déserts, dans des glaces ou, comme ici, dans des geysers. © tpsdave, Pixabay, DP

Mieux comprendre la biosynthèse du méthane

Ce qui permet à ces bactéries de produire aussi efficacement du méthane à partir de CO2, c'est le cofacteur F430, qui catalyse la réaction. Les chercheurs de l'université du Kent se sont donc naturellement demandé comment les bactéries en question parviennent à synthétiser ce cofacteur. Une question fondamentale dont les implications pourraient être grandes.

Ils sont finalement parvenus à identifier les protéines qui elles-mêmes catalysent la synthèse du cofacteur F430. De quoi espérer concevoir des bactéries tout aussi efficaces dans la conversion de CO2 en méthane, mais bien plus « dociles » et intégrables dans un processus industriel.

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