Une nouvelle technologie de l'U of T Engineering franchit une étape importante pour permettre aux fabricants de créer des plastiques à partir de deux ingrédients clés :le soleil et la pollution.

Aujourd'hui, les combustibles fossiles non renouvelables fournissent non seulement la matière première à partir de laquelle les plastiques sont fabriqués, ils sont également le carburant brûlé pour alimenter le processus de fabrication, produisant du dioxyde de carbone (CO 2 ) :l'Agence internationale de l'énergie estime que la production des principaux précurseurs des plastiques est responsable de 1,4 % du CO2 mondial 2 émissions.

Une équipe dirigée par le professeur Ted Sargent de l'Université de Toronto est en train de renverser ce processus. Ils envisagent de capturer le CO 2 produit par d'autres procédés industriels et utilisant de l'électricité renouvelable, comme l'énergie solaire, pour la transformer en éthylène. L'éthylène est un produit chimique industriel courant qui est un précurseur de nombreux plastiques, tels que ceux utilisés dans les sacs d'épicerie.

Le système répond à un défi clé associé à la capture du carbone. Alors que la technologie existe pour filtrer et extraire le CO 2 des fumées, la substance a actuellement peu de valeur économique qui peut compenser le coût de sa capture—c'est une proposition qui perd de l'argent. En transformant ce carbone en un produit de valeur commerciale comme l'éthylène, l'équipe vise à accroître les incitations pour les entreprises à investir dans la technologie de capture du carbone.

Au cœur de la solution de l'équipe se trouvent deux innovations :l'utilisation d'un catalyseur à base de cuivre d'une finesse contre-intuitive et une stratégie expérimentale repensée.

"Lorsque nous avons effectué le CO 2 conversion en éthylène dans des milieux très basiques, nous avons constaté que notre catalyseur améliorait à la fois l'efficacité énergétique et la sélectivité de la conversion aux niveaux les plus élevés jamais enregistrés, " a déclaré le boursier post-doctoral Dr Cao-Thang Dinh, le premier auteur de l'article publié aujourd'hui dans la revue Science . Dans ce contexte, l'efficacité signifie que moins d'électricité est nécessaire pour accomplir la conversion. Les auteurs ont ensuite utilisé ces connaissances pour améliorer encore le catalyseur et pousser la réaction à favoriser la formation d'éthylène, contrairement à d'autres substances.

Prochain, l'équipe a abordé la stabilité, ce qui a longtemps été un défi avec ce type de catalyseur à base de cuivre. La modélisation théorique montre que les conditions de base, c'est-à-dire des niveaux de pH élevés - sont idéaux pour catalyser le CO 2 à l'éthylène. Mais dans ces conditions, la plupart des catalyseurs, et leurs soutiens, tombe en panne après moins de 10 heures.

L'équipe a surmonté ce défi en modifiant leur configuration expérimentale. Essentiellement, ils ont déposé leur catalyseur sur une couche support poreuse en polytétrafluoroéthylène (PTFE, mieux connu sous le nom de téflon) et ont pris en sandwich leur catalyseur avec du carbone de l'autre côté. Cette nouvelle configuration protège le support et le catalyseur de la dégradation due à la solution basique, et lui permet de durer 15 fois plus longtemps que les catalyseurs précédents. En prime, cette configuration a également amélioré l'efficacité et la sélectivité encore plus loin.

« Au cours des dernières décennies, nous savions qu'opérer cette réaction dans des conditions basiques aiderait, mais personne ne savait comment tirer parti de ces connaissances et les transférer dans un système pratique, " dit Dinh. "Nous avons montré comment surmonter ce défi."

Actuellement, leur système est capable d'effectuer la conversion à l'échelle du laboratoire, produisant plusieurs grammes d'éthylène à la fois. L'objectif à long terme de l'équipe est de faire évoluer la technologie jusqu'au point où ils sont capables de convertir les multiples tonnes de produits chimiques nécessaires pour une application commerciale.

« Nous avons fait trois avancées simultanées dans ce travail :la sélectivité, efficacité énergétique et stabilité, " dit Sargent. " En tant que groupe, nous sommes fortement motivés pour développer des technologies qui nous aident à relever le défi mondial d'un avenir neutre en carbone."

Le groupe pluridisciplinaire, qui comprend également le professeur de génie mécanique David Sinton, combine des atouts en science des matériaux, ingénieur chimiste, chimie et génie mécanique, offre de nouvelles perspectives sur le terrain. Plusieurs membres sont également impliqués dans le CERT, l'équipe de l'Université de Toronto qui vient de se qualifier pour la ronde finale du NRG COSIA Carbon XPRIZE. Le concours Carbon XPRIZE met au défi des groupes de l'industrie et du monde universitaire de capturer les émissions de carbone des centrales électriques et de les convertir efficacement en produits chimiques de valeur.