Des chercheurs de l'ETH ont développé un catalyseur qui convertit le CO 2 et le méthane efficacement en gaz de synthèse, un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone. Cela pourrait potentiellement aider à produire des carburants et des plastiques durables

Aujourd'hui, presque tous les carburants, les combustibles et les plastiques sont basés sur des sources de carbone fossile, comme l'huile, gaz naturel et charbon. La recherche est en cours dans le monde entier pour trouver des moyens de remplacer les hydrocarbures fossiles par des alternatives durables. Une approche est la synthèse de composés organiques à partir de matières premières néfastes pour le climat, le méthane (CH4) et le CO 2 .

Dans une première étape, les deux gaz à effet de serre doivent réagir entre eux par l'apport d'énergie. Il en résulte un mélange gazeux d'hydrogène riche en énergie (H2) et de monoxyde de carbone (CO), connu sous le nom de gaz de synthèse.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur de l'ETH Christoph Müller et le scientifique principal Alexey Fedorov a maintenant développé un catalyseur innovant qui facilite la conversion du CO 2 et CH4 dans le gaz de synthèse beaucoup plus efficacement que les matériaux catalyseurs précédents.

Le gaz de synthèse est une matière première importante pour l'industrie chimique. Il peut être transformé en carburant liquide synthétique ou en méthanol, qui à son tour sert de produit chimique de base dans la fabrication de matières plastiques.

Très actif et stable

Le nouveau catalyseur est constitué d'oxycarbures métalliques extrêmement minces - ou plus précisément du film le plus fin d'oxycarbures métalliques, juste quelques couches atomiques d'épaisseur, stabilisé sur un support oxyde. La réaction chimique entre le CO 2 et le méthane pour former du gaz de synthèse a lieu sur ces couches minces.

Ces oxycarbures métalliques plans sont d'environ 1, 000 fois plus actif comme catalyseur que leurs prédécesseurs, carbures métalliques à structure tridimensionnelle (carbures "en vrac"). En outre, les nouveaux catalyseurs sont extrêmement stables.

"Les catalyseurs classiques à base de carbures métalliques ont l'inconvénient de s'oxyder en présence de CO 2 , et perdent leur activité en conséquence, " explique Müller, Professeur de sciences et d'ingénierie de l'énergie au Département de génie mécanique et des procédés. Les nouveaux oxycarbures métalliques ne présentent pas cet inconvénient.

Clôturer le cycle du carbone

La réaction catalytique entre le CO 2 et le méthane pour produire du gaz de synthèse est une étape importante vers la production de carburants durables et de produits chimiques de base. Depuis CO 2 peut provenir de l'atmosphère et seul le méthane provient de ressources fossiles vieilles de millions d'années, ces carburants et produits chimiques synthétiques peuvent avoir une empreinte carbone inférieure à celle des carburants fossiles.

Il y a encore un long chemin à parcourir, avant que les résultats ne s'appliquent à l'échelle industrielle. « Nous espérons que notre nouveau catalyseur deviendra une option intéressante pour la production de gaz de synthèse, " dit Fedorov, associé de recherche dans le groupe de Müller et co-auteur de l'étude.

Selon les chercheurs, le nouveau catalyseur de réaction pourrait être utilisé notamment pour remplacer des catalyseurs de métaux précieux coûteux, tels que ceux à base de ruthénium. Cependant, en raison de leurs propriétés catalytiques, les films atomiquement minces d'oxycarbures métalliques ont également le potentiel d'ouvrir un large éventail de nouvelles applications.