La surface d'un catalyseur de cuivre nanostructuré qui convertit le CO2 en éthylène. Crédit :Source de lumière canadienne
Imaginez si nous pouvions prendre du CO2, le plus notoire des gaz à effet de serre, et le convertir en quelque chose d'utile. Quelque chose comme du plastique, par exemple. Les effets positifs pourraient être dramatiques, à la fois en détournant le CO2 de l'atmosphère et en réduisant le besoin de combustibles fossiles pour fabriquer des produits.
Un groupe de chercheurs, dirigé par le groupe Ted Sargent de l'Université de Toronto, vient de publier des résultats qui rapprochent beaucoup cette possibilité.
En utilisant la source lumineuse canadienne et une nouvelle technique exclusive à l'installation, ils ont pu identifier les conditions qui convertissent le CO2 en éthylène le plus efficacement. Éthylène, à son tour, est utilisé pour fabriquer du polyéthylène, le plastique le plus couramment utilisé aujourd'hui, dont la production mondiale annuelle est d'environ 80 millions de tonnes.
"Cette expérience n'aurait pu être réalisée nulle part ailleurs dans le monde, et nous sommes ravis des résultats », a déclaré Phil De Luna, étudiant au doctorat à l'Université de Toronto, le chercheur principal de ce projet.
La science
Au cœur de ce travail se trouve la réaction de réduction du dioxyde de carbone, dans lequel le CO2 est converti en d'autres produits chimiques grâce à l'utilisation d'un courant électrique et d'une réaction chimique, aidé par un catalyseur.
De nombreux métaux peuvent servir de catalyseurs dans ce type de réaction :or, l'argent et le zinc peuvent produire du monoxyde de carbone, tandis que l'étain et le paladium peuvent faire du formiate. Seul le cuivre peut produire de l'éthylène, le composant central du plastique polyéthylène.
"Le cuivre est un peu un métal magique. C'est magique car il peut fabriquer de nombreux produits chimiques différents, comme le méthane, éthylène, et l'éthanol, mais contrôler ce qu'il fait est difficile, " dit De Luna.
C'est précisément à cela que portent les résultats de l'équipe, toutefois. Ils ont pu concevoir un catalyseur et identifier les conditions idéales pour maximiser la production d'éthylène, tout en minimisant la production de méthane à presque rien.
Associé à la technologie de capture du carbone, cela pourrait conduire à un mécanisme de production incroyablement vert pour les plastiques de tous les jours, tout en séquestrant les gaz à effet de serre nocifs.
Le doctorant Phil De Luna a conçu, synthétisé, et testé le catalyseur, réalisé des études de spectroscopie aux rayons X, et réalisé des simulations informatiques avancées. Le doctorant Rafael Quintero-Bermudez a réalisé la spectroscopie aux rayons X, caractérisation des matériaux, et l'analyse des données. Crédit :Source de lumière canadienne
"Je pense que l'avenir sera rempli de technologies qui valorisent les déchets. C'est passionnant parce que nous travaillons à développer de nouvelles façons durables de répondre aux besoins énergétiques de l'avenir, " dit De Luna.
Techniques innovantes et sérendipité
Un équipement unique développé par Tom Regier, scientifique senior de CLS, a permis aux chercheurs d'étudier à la fois la morphologie, ou forme, et l'environnement chimique de leur catalyseur au cuivre tout au long de la réaction de réduction du CO2, en temps réel.
"Cela n'a jamais été fait auparavant, " déclare Rafael Quintero-Bermudez, doctorant, l'autre premier co-auteur de l'article. "Cette mesure unique nous a permis d'explorer de nombreuses questions de recherche sur la façon dont le processus se déroule et comment il peut être conçu pour s'améliorer."
En identifiant les conditions précises qui maximisent la production d'éthylène pendant la réaction, il est possible de concevoir un catalyseur pour répondre à ces conditions.
Quintero-Bermudez et De Luna approchaient de la fin de leur temps de recherche alloué au CLS lorsque les principaux résultats sont arrivés. Après d'innombrables heures de travail, et de nombreuses tentatives infructueuses, l'expérience a fonctionné.
"Nous étions sur le point d'abandonner, mais quand les résultats sont arrivés, ils étaient si bons que nous avons dû nous asseoir. De très beaux résultats, " dit Quintero-Bermudez.
Regier était également satisfait du travail.
« Nous travaillons constamment à développer des outils plus nombreux et de meilleure qualité pour la communauté des chercheurs. C'est gratifiant de voir les outils utilisés pour résoudre des problèmes importants avec des applications importantes, " dit Régier.
La qualité des résultats parle d'elle-même. Ils ont été parmi les premières recherches à être publiées dans le tout nouveau La nature journal de famille Catalyse naturelle .
