L'année dernière, les humains ont émis environ 37 milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère - un chiffre désastreux et insoutenable. Pour éviter les pires effets du changement climatique, nous pourrions capturer une partie de ce carbone lorsqu'il est libéré par les centrales électriques et le stocker en permanence sous terre. Mieux encore, une partie de ces déchets de dioxyde de carbone pourrait être convertie en produits chimiques ou en carburant utiles.

Ces procédés sont appelés respectivement "captage et stockage du carbone" et "utilisation du dioxyde de carbone", etles deux nécessitent de grandes quantités de matières premières. Par exemple, le captage du carbone peut impliquer des émissions sur certains métaux, qui réagit ensuite avec (et donc capture) le CO₂ avant de le transformer en une substance différente pouvant être stockée ou réutilisée.

Pour faire une brèche dans le changement climatique, la quantité de métal nécessaire serait énorme. Par exemple, si 1 gramme d'un métal, dans un catalyseur métallique, pourrait capturer 100 grammes d'émissions de dioxyde de carbone à base de charbon (un scénario optimiste), environ 1,5 million de tonnes de ce métal réduiraient les émissions mondiales de seulement 0,4%.

Donc, bien qu'il soit important de garder le carbone hors de l'atmosphère, il est tout aussi important que nous le fassions de manière verte et durable. Si de grandes quantités d'un métal sont utilisées pour réduire considérablement les émissions de carbone, il doit avoir un approvisionnement durable afin que les réserves ne s'épuisent pas.

Malheureusement, de nombreuses technologies semblent finalement non durables. Par exemple, une étude récente d'une équipe de scientifiques japonais, souligné par la Royal Society of Chemistry, décrit comment un catalyseur à base de rhénium métallique convertit le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone. Le monoxyde de carbone est utile car il peut être utilisé pour former des produits chimiques et des carburants tels que l'hydrogène et le méthanol.

Le catalyseur est en effet extrêmement actif et peut travailler avec du dioxyde de carbone à de très faibles concentrations, mais le système n'est toujours pas idéal. Le rhénium est très rare :surtout trouvé au Chili et au Kazakhstan, on estime qu'il a une abondance de moins de 10 parties par milliard dans la croûte terrestre (équivalent à 0,000001%). Pour mettre ça en prospective, l'aluminium est 8 millions de fois plus abondant et représente environ 8 % de la croûte terrestre.

Le rhénium lui-même est principalement utilisé pour fabriquer des aubes de turbine dans les moteurs à réaction d'avion. Si ce métal était utilisé pour lutter contre le changement climatique à l'échelle mondiale, les ressources diminueraient et son prix augmenterait. Cela aurait un effet d'entraînement sur la fabrication industrielle.

Sa faible abondance signifie également que la production de ce catalyseur serait coûteuse. Il est donc peu probable qu'un modèle commercial mondial pour l'utilisation mondiale du dioxyde de carbone à base de rhénium soit poursuivi.

Dans une autre étude, une équipe de recherche américaine a créé un catalyseur au ruthénium qui pourrait transformer le dioxyde de carbone de l'air en méthanol de carburant. Cependant, le ruthénium est aussi incroyablement rare, et rencontrerait probablement les mêmes problèmes de disponibilité et de coût.

Conversion durable du dioxyde de carbone

Heureusement, il est possible de développer des catalyseurs plus durables et respectueux de l'environnement. Cela rejoint les principes de la « chimie verte » qui existe depuis les années 1990 et qui n'a cessé de se renforcer.

Je suis l'un des nombreux chercheurs à travers le monde utilisant des quantités relativement abondantes, et donc plus durable, métaux pour la conversion du dioxyde de carbone. Des collègues et moi avons récemment développé un catalyseur en aluminium, par exemple. Il est logique d'utiliser l'aluminium car il s'agit de l'un des métaux les plus abondants dans la croûte terrestre et s'est révélé prometteur dans l'utilisation du dioxyde de carbone.

Ce catalyseur peut convertir le dioxyde de carbone en carbonates cycliques, produits à valeur commerciale utilisés dans les batteries, pharmaceutiques et polymères. Le catalyseur peut également être "régénéré" une fois sa réactivité disparue et peut être réutilisé plusieurs fois.

Abondance vs réactivité

Mais il n'est pas toujours évident d'utiliser des métaux plus abondants et j'avoue avoir moi-même essayé d'utiliser des métaux moins durables. Il s'agit notamment du chrome, dont une forme toxique a fait l'objet du film "Erin Brockovich, " et platine, un autre métal estimé représenter moins de 0,000001% de la croûte terrestre.

J'ai utilisé ces métaux rares car la durabilité ne remplace pas toujours la réactivité. Les différences chimiques fondamentales entre les éléments rares et abondants signifient qu'une simple substitution ne créera pas nécessairement un catalyseur. Par exemple, mes collègues ont découvert que le chrome était plus réactif dans certains cas que l'aluminium pour former des carbonates cycliques.

La recherche sur les métaux rares reste un domaine intéressant à explorer et conduira à de nouvelles découvertes chimiques que les métaux abondants ne pourraient pas produire. L'activité catalytique impressionnante des catalyseurs au rhénium et au ruthénium ne doit pas être ignorée.

Le problème massif du changement climatique signifie cependant que nous devons être plus réalistes et attentifs lorsqu'il s'agit de concevoir des catalyseurs pour une application industrielle à grande échelle. Ce n'est en aucun cas un exploit facile.

Bien sûr, le simple fait d'utiliser des matériaux naturels abondants ne rendra pas nécessairement nos méthodes plus vertes. Une véritable évaluation de la durabilité est difficile et implique une évaluation complexe de l'ensemble du processus, y compris des facteurs tels que les matières premières utilisées, énergie nécessaire, les coûts d'exploitation et le carbone économisé.

Finalement, nous devons consacrer plus d'efforts à une réduction durable du changement climatique dès que possible. Comme l'a dit David Attenborough lors du récent sommet de la COP24 en Pologne :« Si nous n'agissons pas, l'effondrement de nos civilisations, et l'extinction d'une grande partie du monde naturel, est à l'horizon."

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.