Imaginez récupérer le dioxyde de carbone des pots d'échappement des voitures et d'autres sources et transformer ce principal gaz à effet de serre en carburants comme le gaz naturel ou le propane :un rêve de durabilité devenu réalité.

Plusieurs études récentes ont montré un certain succès dans cette conversion, mais une nouvelle approche des ingénieurs de l'Université de Stanford produit quatre fois plus d'éthane, propane et butane que les méthodes existantes qui utilisent des procédés similaires. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une panacée climatique, l'avance pourrait réduire considérablement l'impact à court terme sur le réchauffement climatique.

"On peut imaginer un cycle neutre en carbone qui produit du carburant à partir de dioxyde de carbone puis le brûle, créer un nouveau dioxyde de carbone qui est ensuite reconverti en carburant, " a déclaré Matteo Cargnello, un professeur adjoint de génie chimique à Stanford qui a dirigé la recherche, Publié dans Angewandte Chemie .

Bien que le processus ne soit encore qu'un prototype de laboratoire, les chercheurs s'attendent à ce qu'il puisse être suffisamment étendu pour produire des quantités utilisables de carburant. Il reste beaucoup de travail, cependant, avant que le consommateur moyen puisse acheter des produits basés sur ces technologies. Les prochaines étapes consistent à essayer de réduire les sous-produits nocifs de ces réactions, comme le monoxyde de carbone, un polluant toxique. Le groupe développe également des moyens de fabriquer d'autres produits bénéfiques, pas seulement des carburants. Un de ces produits est les oléfines, qui peuvent être utilisés dans un certain nombre d'applications industrielles et sont les principaux ingrédients des plastiques.

Deux étapes en une

Efforts antérieurs pour convertir le CO 2 pour alimenter impliquait un processus en deux étapes. La première étape réduit le CO 2 au monoxyde de carbone, puis le second combine le CO avec de l'hydrogène pour fabriquer des carburants hydrocarbonés. Le plus simple de ces combustibles est le méthane, mais d'autres carburants qui peuvent être produits comprennent l'éthane, propane et butane. L'éthane est un proche parent du gaz naturel et peut être utilisé industriellement pour fabriquer de l'éthylène, précurseur des plastiques. Le propane est couramment utilisé pour chauffer les maisons et alimenter les barbecues au gaz. Le butane est un combustible courant dans les briquets et les réchauds de camping.

Cargnello pensait que terminer les deux étapes en une seule réaction serait beaucoup plus efficace, et s'est mis à créer un nouveau catalyseur qui pourrait simultanément éliminer une molécule d'oxygène du CO 2 et le combiner avec de l'hydrogène. (Les catalyseurs induisent des réactions chimiques sans être utilisés dans la réaction eux-mêmes.) L'équipe a réussi en combinant des nanoparticules de ruthénium et d'oxyde de fer dans un catalyseur.

"Cette pépite de ruthénium se trouve au cœur et est encapsulée dans une gaine extérieure de fer, " a déclaré Aisulu Aitbekova, doctorant dans le laboratoire de Cargnello et auteur principal de l'article. "Cette structure active la formation d'hydrocarbures à partir de CO 2 . Cela améliore le processus du début à la fin."

L'équipe n'a pas entrepris de créer cette structure core-shell mais l'a découverte grâce à la collaboration avec Simon Bare, scientifique distingué, et d'autres au SLAC National Accelerator Laboratory. Les technologies sophistiquées de caractérisation par rayons X du SLAC ont aidé les chercheurs à visualiser et à examiner la structure de leur nouveau catalyseur. Sans cette collaboration, Cargnello a déclaré qu'ils n'auraient pas découvert la structure optimale.

« C'est à ce moment-là que nous avons commencé à concevoir ce matériau directement dans une configuration cœur-coque. Ensuite, nous avons montré qu'une fois que nous avons fait cela, les rendements en hydrocarbures s'améliorent énormément, " a déclaré Cargnello. "C'est quelque chose dans la structure qui aide spécifiquement les réactions."

Cargnello pense que les deux catalyseurs agissent en équipe pour améliorer la synthèse. Il soupçonne que le ruthénium rend l'hydrogène chimiquement prêt à se lier au carbone du CO 2 . L'hydrogène se déverse alors sur la coque en fer, ce qui rend le dioxyde de carbone plus réactif.

Lorsque le groupe a testé son catalyseur en laboratoire, ils ont constaté que le rendement des carburants tels que l'éthane, propane et butane était beaucoup plus élevé que leur catalyseur précédent. Cependant, le groupe fait encore face à quelques défis. Ils aimeraient réduire l'utilisation de métaux nobles comme le ruthénium, et optimiser le catalyseur afin qu'il ne puisse fabriquer de manière sélective que des carburants spécifiques.