De gauche à droite :Adnan Ozden, Joshua Wicks, et F. Pelayo García de Arquer sont parmi les membres de l'équipe qui ont conçu un électrolyseur qui convertit le CO
Les piles à combustible transforment les produits chimiques en électricité. Maintenant, une équipe d'ingénierie de l'Université de Toronto a adapté la technologie des piles à combustible pour faire l'inverse :exploiter l'électricité pour fabriquer des produits chimiques précieux à partir de déchets de carbone (CO
"Depuis des décennies, des chercheurs talentueux ont développé des systèmes qui convertissent l'électricité en hydrogène et inversement, " dit le professeur Ted Sargent, l'un des auteurs principaux de l'article publié dans Science . "Notre innovation s'appuie sur cet héritage, mais en utilisant des molécules à base de carbone, nous pouvons nous brancher directement sur l'infrastructure d'hydrocarbures existante. »
Dans une pile à combustible à hydrogène, l'hydrogène et l'oxygène se rencontrent à la surface d'un catalyseur. La réaction chimique libère des électrons, qui sont capturés par des matériaux spécialisés dans la pile à combustible et pompés dans un circuit.
L'opposé d'une pile à combustible est un électrolyseur, qui utilise l'électricité pour provoquer une réaction chimique. Les auteurs de l'article sont des experts dans la conception d'électrolyseurs qui convertissent le CO
"L'éthylène est l'un des produits chimiques les plus produits au monde, " dit Wicks. "Il est utilisé pour tout faire, de l'antigel aux meubles de jardin. Aujourd'hui, il est dérivé de combustibles fossiles, mais si nous pouvions à la place le faire en valorisant les déchets de CO
Les électrolyseurs d'aujourd'hui ne produisent pas encore d'éthylène à une échelle suffisamment importante pour concurrencer ce qui est dérivé des combustibles fossiles. Une partie du défi réside dans la nature unique de la réaction chimique qui transforme le CO
« La réaction nécessite trois choses :du CO
Dans leur dernière conception d'électrolyseur, l'équipe a utilisé un arrangement unique de matériaux pour surmonter les défis de rassembler les réactifs. Les électrons sont délivrés à l'aide d'un catalyseur à base de cuivre que l'équipe avait précédemment développé. Mais au lieu d'une tôle plate, le catalyseur du nouvel électrolyseur se présente sous la forme de petites particules noyées dans une couche d'un matériau connu sous le nom de Nafion.
Le nafion est un ionomère, un polymère qui peut conduire des particules chargées appelées ions. Aujourd'hui, il est couramment utilisé dans les piles à combustible, où son rôle est de transporter des ions d'hydrogène (H+) chargés positivement à l'intérieur du réacteur.
Dans l'électrolyseur amélioré, la réaction se produit dans une couche mince qui combine un catalyseur à base de cuivre avec du Nafion, un polymère conducteur d'ions. L'agencement unique de ces matériaux offre une vitesse de réaction 10 fois supérieure à celle des conceptions précédentes. Crédit :U of T Engineering/Daria Perevezentsev
« Dans nos expériences, nous avons découvert qu'un certain arrangement de Nafion peut faciliter le transport de gaz comme le CO
La réaction n'étant plus limitée par la rapidité avec laquelle les trois réactifs peuvent se réunir, l'équipe a réussi à transformer le CO
Malgré l'avance, l'appareil reste loin de la viabilité commerciale. L'un des principaux défis restants concerne la stabilité du catalyseur sous les nouvelles densités de courant plus élevées.
"Nous pouvons pomper des électrons 10 fois plus vite, qui est genial, mais on ne peut faire fonctionner le système qu'une dizaine d'heures avant que la couche de catalyseur ne se décompose, " dit Dinh. " C'est encore loin de l'objectif de milliers d'heures qui seraient nécessaires pour une application industrielle. " 
