Un jour donné, plus de 2 millions de livres de dioxyde de carbone sont pompées dans l'atmosphère depuis les usines, les émissions des voitures et des camions et la combustion de charbon et de gaz naturel pour produire de l'électricité.

Pour beaucoup, c'est une cause de préoccupation environnementale, mais pour Haotian Wang, c'est la matière première parfaite.

Membre du Rowland Institute de Harvard, Wang et son équipe de recherche ont développé un système qui utilise de l'électricité renouvelable pour transformer électrochimiquement le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone - un produit clé utilisé dans de nombreux processus industriels. L'efficacité de conversion énergétique de la lumière du soleil en CO peut atteindre 12,7 %, plus d'un ordre de grandeur supérieur à la photosynthèse naturelle. L'appareil est décrit dans un article récent publié dans Chimie .

"Essentiellement, c'est une forme de photosynthèse artificielle, " dit Wang. " Dans une plante, lumière du soleil, Le CO2 et l'eau deviennent du sucre et de l'oxygène. Dans notre système, l'entrée est la lumière du soleil, CO2 et eau, et nous produisons du CO et de l'oxygène."

Cette réaction a lieu dans un appareil sans prétention, à peine la taille d'un smartphone, qui comprend deux chambres remplies d'électrolyte séparées par une membrane échangeuse d'ions.

Sur un seul site, une électrode alimentée par une énergie renouvelable oxyde les molécules d'eau en oxygène gazeux et libère des protons. Ces protons se déplacent vers l'autre chambre où - à l'aide d'un catalyseur à atome unique en métal soigneusement conçu - ils se lient aux molécules de dioxyde de carbone, créant de l'eau et du monoxyde de carbone.

"Le défi est que la plupart des catalyseurs connus ont tendance à produire de l'hydrogène gazeux, " a dit Wang. " Alors c'est difficile, quand tu divises l'eau, pour empêcher ces protons de se combiner pour former de l'hydrogène gazeux. Ce dont nous avions besoin, c'était d'un catalyseur capable d'empêcher le dégagement d'hydrogène et d'injecter efficacement ces protons dans le CO2, obtenant ainsi une sélectivité élevée pour la réduction du CO2.

Malheureusement, les deux catalyseurs les plus connus sont l'or et l'argent - des métaux précieux qui sont très coûteux pour rendre la réaction rentable à grande échelle.

« Nous avons donc commencé par examiner des matériaux à faible coût comme le nickel, fer et cobalt, qui sont tous sur Terre, " Kun Jiang a dit, qui est stagiaire postdoctoral dans le groupe Wang et le premier auteur de ce travail. "Mais le problème, c'est que ce sont tous de très bons catalyseurs d'hydrogène, ils veulent donc produire de l'hydrogène gazeux.

En outre, ils peuvent tous très facilement être empoisonnés par le monoxyde de carbone, " a-t-il ajouté. " Même si vous parvenez à les utiliser pour réduire le CO2, le CO résultant se lie très fortement à la surface, empêchant toute autre réaction d'avoir lieu."

Pour résoudre ces problèmes, Wang et ses collaborateurs de Stanford, Prof. Yi Cui et Prof. Jens Nørskov, se sont mis à travailler pour « régler » les propriétés électroniques des métaux. Dr Samira Siahrostami, un scientifique du groupe du professeur Nørskov a rationalisé la nature des sites actifs par modélisation à l'échelle atomique et a découvert que la dispersion des métaux de nickel dans des atomes isolés, qui sont piégés dans des lacunes de graphène, produit un matériau désireux de réagir avec le dioxyde de carbone et prêt à libérer le monoxyde de carbone résultant.

Ce monoxyde de carbone, Wang a dit, peut ensuite être utilisé dans une multitude de procédés industriels.

"Le monoxyde de carbone est un produit industriel très important, " Wang a dit. " Il peut être utilisé dans la production de plastique, pour fabriquer des produits d'hydrocarbures ou peut être brûlé comme combustible lui-même. Il est largement utilisé dans l'industrie."

Finalement, bien que, l'espoir est que le système puisse un jour être suffisamment étendu pour éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère dans le but de lutter contre le changement climatique mondial.

"L'idée de base était si nous pouvons capturer le CO2 existant et utiliser de l'électricité renouvelable, à partir de l'énergie solaire ou éolienne, pour le réduire en produits chimiques utiles, " Wang a dit, "alors nous pouvons éventuellement former une boucle de carbone."