Le méthane est présent dans le gaz naturel abondant dans la croûte terrestre, et a trouvé de nombreuses utilisations dans les applications modernes, principalement comme combustible brûlant. Alternativement, le méthane peut être converti en un mélange utile d'hydrogène et de monoxyde de carbone, appelé "gaz de synthèse, " par réaction avec le dioxyde de carbone dans ce que l'on appelle le reformage à sec du méthane (DRM). Cette réaction DRM est qualifiée de "montée" car elle nécessite la consommation d'énergie externe; les réacteurs thermiques doivent être à une température élevée de plus de 800 degrés Celsius pour une conversion efficace. Atteindre des températures aussi élevées nécessite de brûler d'autres combustibles, entraînant des émissions massives de gaz à effet de serre, qui sont la principale cause du changement climatique. En outre, l'utilisation de températures élevées provoque également la désactivation des catalyseurs couramment utilisés en raison de l'agrégation et de la précipitation du carbone (ce qu'on appelle la cokéfaction).

Au lieu de traiter de tels inconvénients des systèmes de catalyse thermique pour la réaction DRM, les chercheurs ont tenté de conduire la conversion du méthane à des températures considérablement plus basses en utilisant des photocatalyseurs activés par la lumière. Bien que divers matériaux de type photocatalyseur aient été proposés, il s'est avéré difficile d'obtenir des performances de conversion acceptables à basse température.

Heureusement, une équipe de chercheurs, dont le professeur Mashiro Miyauchi, identifié une combinaison prometteuse de matériaux pouvant agir comme un photocatalyseur efficace pour la conversion du méthane en gaz de synthèse. Plus précisement, les chercheurs ont découvert que le titanate de strontium combiné à des nanoparticules de rhodium convertissait le méthane et le dioxyde de carbone en gaz de synthèse sous irradiation lumineuse à des températures beaucoup plus basses que celles requises dans les réacteurs thermiques.

Les chercheurs ont déterminé que le photocatalyseur proposé était non seulement beaucoup plus stable que les catalyseurs précédemment testés, mais qu'il évitait aussi d'autres problèmes, telles que l'agrégation (agglutination) et la cokéfaction ("encrassement") des particules de catalyseur. Plus important encore, comme l'a déclaré le professeur Miyauchi, "Le photocatalyseur proposé nous a permis de dépasser largement les limites des catalyseurs thermiques, offrant des performances élevées pour la production de gaz de synthèse."

Les chercheurs ont également élucidé les mécanismes physiques par lesquels le photocatalyseur proposé conduit à une conversion améliorée du méthane. Cette idée est particulièrement importante en raison des implications qu'elle a pour d'autres types de réactions au méthane. Le système actuel nécessite une irradiation de lumière ultraviolette (UV), qui n'est qu'une petite partie de la lumière solaire. Cependant, "La présente étude fournit un moyen stratégique d'effectuer des réactions en montée à l'aide de méthane et crée un lien entre l'industrie des combustibles fossiles et les applications d'énergie renouvelable. Nous développons maintenant le système sensible à la lumière visible." conclut le Pr Miyauchi. Nous espérons que ces résultats conduiront à des développements plus respectueux de l'environnement et contribueront à réduire les émissions de carbone à l'avenir.

L'étude est publiée dans Catalyse naturelle .