Partout où la production de gaz à effet de serre nocifs ne peut être empêchée, ils doivent être convertis en quelque chose d'utile :cette approche est appelée « captage et utilisation du carbone ». Des catalyseurs spéciaux sont nécessaires pour cela. Jusqu'à présent, cependant, le problème était qu'une couche de carbone se forme rapidement sur ces catalyseurs - c'est ce qu'on appelle la "cokéfaction" - et le catalyseur perd son effet.

À TU Wien, une nouvelle approche a été adoptée :de minuscules nanoparticules métalliques ont été produites sur des cristaux de pérovskite grâce à un prétraitement spécial. L'interaction entre la surface du cristal et les nanoparticules assure alors que la réaction chimique souhaitée se déroule sans l'effet de cokéfaction redouté. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans Applied Catalysis B :Environmental .

Reformage à sec :les gaz à effet de serre deviennent du gaz de synthèse

Dioxyde de carbone (CO₂ ) et le méthane sont les deux gaz à effet de serre d'origine humaine qui contribuent le plus au changement climatique. Les deux gaz sont souvent combinés, par exemple dans les installations de biogaz.

"Le soi-disant reformage à sec du méthane est une méthode qui peut être utilisée pour convertir les deux gaz en gaz de synthèse utile en même temps", explique le professeur Christoph Rameshan de l'Institut de chimie des matériaux de la TU Wien. "Le méthane et le dioxyde de carbone sont transformés en hydrogène et en monoxyde de carbone, et il est alors relativement facile d'en produire d'autres hydrocarbures, jusqu'aux biocarburants."

Le gros problème ici est la stabilité des catalyseurs :"Les catalyseurs métalliques qui ont été utilisés jusqu'à présent pour ce procédé ont tendance à produire de minuscules nanotubes de carbone", explique Florian Schrenk, qui travaille actuellement sur sa thèse dans l'équipe de Rameshan. Ces nanotubes se déposent sous forme de film noir à la surface du catalyseur et le bloquent.

Les cristaux de pérovskite comme clé du succès

L'équipe de TU Wien a maintenant créé un catalyseur aux propriétés fondamentalement différentes :"Nous utilisons des pérovskites, qui sont des cristaux contenant de l'oxygène, qui peuvent être dopés avec divers atomes métalliques", explique Christoph Rameshan. "Vous pouvez insérer du nickel ou du cobalt, par exemple, dans la pérovskite, des métaux qui ont également été utilisés en catalyse auparavant."

Un prétraitement spécial du cristal avec de l'hydrogène à environ 600 °C permet aux atomes de nickel ou de cobalt de migrer vers la surface et d'y former des nanoparticules. La taille des nanoparticules est cruciale :le succès a été obtenu avec des nanoparticules d'un diamètre de 30 à 50 nanomètres. La réaction chimique souhaitée se produit alors sur ces minuscules grains, mais en même temps l'oxygène contenu dans la pérovskite empêche la formation de nanotubes de carbone.

"Nous avons pu montrer dans nos expériences :si vous choisissez la bonne taille de nanoparticules, aucun film de carbone n'est créé, la cokéfaction n'est plus un danger", explique Florian Schrenk. "De plus, les nanoparticules sont stables, la structure du catalyseur ne change pas, il peut être utilisé en permanence."

Les nouveaux catalyseurs pérovskites pourraient être utilisés partout où le méthane et le dioxyde de carbone sont produits simultanément, c'est souvent le cas lorsqu'il s'agit de substances biologiques, par exemple dans les usines de biogaz. En fonction de la température de réaction choisie, on peut influencer la composition du gaz de synthèse résultant. De cette manière, la transformation ultérieure des gaz à effet de serre nocifs pour le climat en produits de valeur pourrait devenir un élément important pour une économie circulaire durable. + Explorer plus loin

Nouveau catalyseur pour réduire les émissions de dioxyde de carbone