Des chercheurs de l'université Yale développent un système à plasma pour convertir le CO2 en précurseurs de carburant d'aviation

fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'université Yale (Yale University) ont mis au point un système combinant plasma et électricité capable de convertir le dioxyde de carbone (CO2) en produits chimiques à valeur ajoutée tels que le méthanol et le butane. Les résultats ont été publiés dans la revue « Nature Catalysis », le projet étant dirigé par la docteure Lea Winter, professeure assistante de génie chimique et environnemental de cette université.

Le CO2 est abondant, mais il a longtemps été difficile de le transformer à grande échelle en produits utiles. La raison en est qu'il s'agit d'une molécule hautement stable et très inerte, difficile à convertir sans un apport important d'énergie. L'électrocatalyse est considérée comme une voie prometteuse : elle utilise l'électricité et des catalyseurs pour piloter des réactions chimiques et transformer le CO2 en d'autres composés. Toutefois, utilisée seule, l'électrocatalyse ne permet généralement d'obtenir qu'une gamme relativement limitée de produits carbonés simples.

L'approche de l'équipe de Winter consiste à associer l'électrocatalyse au plasma. Le plasma, souvent appelé quatrième état de la matière, après les états solide, liquide et gazeux, est un gaz hautement excité dans lequel les électrons ont été arrachés aux atomes, ce qui lui confère une charge en particules chargées. Ces électrons de haute énergie peuvent exciter les molécules de CO2 et affaiblir leurs liaisons chimiques avant qu'elles n'atteignent l'électrocatalyseur ; le catalyseur utilise ensuite ces espèces activées pour générer différents produits. Selon Winter, le plasma ouvre des voies chimiques inaccessibles à l'électrocatalyse seule ; les produits multicarbonés ainsi obtenus sont réellement utiles pour de nombreuses industries chimiques, et permettent également de produire des produits chimiques précurseurs de carburants d'aviation durables, ainsi que des carburants, des médicaments, des solvants et d'autres produits chimiques actuellement fabriqués à partir de combustibles fossiles.

La difficulté réside dans le mode de couplage. Les procédés plasma-électrochimiques reposent généralement sur une interface aqueuse, et lorsque le plasma active le CO2 gazeux, l'eau peut éteindre et neutraliser les espèces plasmatiques les plus réactives avant qu'elles n'atteignent l'électrocatalyseur. Winter reconnaît que coupler efficacement le plasma et le catalyseur, afin que les espèces excitées par le plasma participent réellement à la réaction catalytique, a toujours été un défi.

Pour y remédier, les scientifiques ont proposé une interface triphasique, combinant des composants gazeux, liquides et solides tout en évitant l'interaction directe du plasma avec l'eau. Le système repose sur une électrode à diffusion gazeuse, une membrane fabriquée à partir du même type de matériau que celui utilisé dans les ustensiles de cuisine antiadhésifs, dont la surface est partiellement recouverte d'une fine couche de cuivre servant d'électrocatalyseur ; ses pores sont suffisamment grands pour laisser les particules de plasma traverser et atteindre la couche d'électrocatalyseur, où elles rencontrent les protons présents dans l'eau, ce qui déclenche la réaction chimique.

Selon les chercheurs, cette méthode a permis d'atteindre certains des rendements les plus élevés à ce jour pour la production d'alcools à valeur ajoutée ainsi que de produits à trois et quatre atomes de carbone, lesquels peuvent servir à fabriquer des carburants liquides, des médicaments et d'autres produits de valeur. L'équipe prévoit ensuite d'optimiser le catalyseur et de tester des matériaux alternatifs. Le système fonctionne à température et pression ambiantes, ce qui pourrait faciliter sa commercialisation. Winter indique qu'il s'agit d'un procédé prêt à l'emploi, pouvant être activé ou désactivé à volonté selon la disponibilité de l'électricité, et capable de fonctionner directement avec de l'électricité renouvelable intermittente ; on pourrait donc envisager de modifier des usines existantes plutôt que d'en construire une nouvelle entièrement dédiée.