Considérez-le comme un recyclage à l'échelle nanométrique :un processus électrochimique alléchant qui peut récolter le carbone avant qu'il ne devienne une pollution atmosphérique et le restructurer en composants de produits quotidiens.
La volonté de capturer le dioxyde de carbone en suspension dans l'air issu des déchets industriels et de le transformer en carburant et en plastique prend de l'ampleur après qu'une équipe de chercheurs basés à l'Université McMaster, en collaboration avec des experts en chimie computationnelle de l'Université technique danoise de Copenhague, ont découvert précisément comment le processus fonctionne et où ça s'enlise.
Leurs travaux sont publiés dans la revue Nature Communications .
Les chercheurs ont cherché à comprendre pourquoi les matériaux synthétiques qui catalysent et convertissent le dioxyde de carbone se décomposent trop rapidement pour que le processus soit pratique au niveau industriel.
Grâce à un équipement de grossissement extrêmement puissant du Centre canadien de microscopie électronique (CCEM), basé sur le campus de McMaster, les chercheurs ont pu capturer la réaction chimique à l'échelle nanométrique (milliardièmes de mètre), ce qui leur a permis d'étudier à la fois le processus de conversion et de comprendre comment le catalyseur se décompose dans les conditions de fonctionnement.
L'auteur principal Ahmed Abdellah a passé des années à développer les techniques permettant d'observer le processus, en utilisant un réacteur électrochimique suffisamment petit pour fonctionner sous les microscopes électroniques du centre.
"C'est passionnant pour nous que ce soit la première fois que quelqu'un puisse examiner à la fois les formes de ces structures et leurs structures cristallines, pour voir comment elles évoluent à l'échelle nanométrique", déclare Abdellah, ancien doctorant. étudiant au laboratoire de génie chimique de Drew Higgins et maintenant boursier postdoctoral au CCEM.
Higgins, un auteur correspondant de l'article, espère que les nouvelles informations faciliteront l'effort mondial visant à réduire la pollution par le carbone en éliminant le dioxyde de carbone des flux de déchets et en le recyclant pour créer des produits utiles qui autrement seraient produits à partir de combustibles fossiles.>
"Ce que nous avons découvert, c'est que les catalyseurs capables de convertir le dioxyde de carbone en carburants et en produits chimiques se restructurent assez rapidement dans les conditions de fonctionnement. Leurs structures et leurs propriétés changent, sous nos yeux", explique Higgins. "Cela détermine leur efficacité à convertir le dioxyde de carbone et leur durée de vie. Les catalyseurs finissent par se dégrader et cesser de fonctionner et nous voulons savoir pourquoi ils le font et comment ils le font afin que nous puissions développer des stratégies pour améliorer leur durée de vie opérationnelle. "
Abdellah, Higgins et leurs collègues espèrent qu'eux-mêmes et d'autres chercheurs du monde entier pourront utiliser les résultats de recherche décrits dans le nouvel article pour prolonger la durée de vie des matériaux réactifs et catalyser le processus plus efficacement, afin de permettre au processus en laboratoire d'être étendu. pour un usage commercial.
Des industries telles que la fabrication, le brassage et la distillation du ciment, ainsi que les raffineries chimiques, produisent de grands volumes de dioxyde de carbone facilement récupérables, explique Higgins, ce qui en fait probablement les premières cibles du déploiement de la technologie une fois qu'elle aura été améliorée au point où elle sera commercialement viable. .
Autres formes moins concentrées de CO2 dans les déchets industriels viendrait ensuite.
Bien que ce soit un long chemin aujourd'hui, Higgins dit qu'il est possible que la même technologie devienne suffisamment efficace et stable pour extraire le dioxyde de carbone de l'air ambiant comme « matière première » pour le carburant et les produits chimiques utiles.
"Nous sommes encore loin du compte, mais les progrès ont été très rapides dans ce domaine de la recherche et du développement au cours des cinq dernières années", déclare Higgins. « Il y a dix ans, les gens ne pensaient pas à ce type de conversion, mais maintenant nous commençons à voir des promesses. L'efficacité et la durabilité, cependant, ne sont tout simplement pas encore assez élevées. Une fois ces goulots d'étranglement éliminés, cette idée peut vraiment décoller."
Plus d'informations : Ahmed M. Abdellah et al, Impact de la conversion palladium/hydrure de palladium sur la réduction électrochimique du CO2 via la microscopie électronique à transmission in situ et la diffraction, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-45096-3
Fourni par l'Université McMaster
