Les scientifiques ont franchi une étape majeure vers une économie circulaire du carbone en développant une catalyseur économique qui recycle les gaz à effet de serre en ingrédients utilisables dans le carburant, gaz hydrogène, et d'autres produits chimiques. Les résultats pourraient être révolutionnaires dans l'effort pour inverser le réchauffement climatique, selon les chercheurs. L'étude a été publiée le 14 février dans Science .

« Nous avons entrepris de développer un catalyseur efficace qui peut convertir de grandes quantités de gaz à effet de serre en dioxyde de carbone et en méthane sans échec, " a déclaré Cafer T. Yavuz, auteur de l'article et professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire et de chimie à KAIST.

Le catalyseur, fabriqué à partir de nickel bon marché et abondant, magnésium, et molybdène, initie et accélère la vitesse de réaction qui convertit le dioxyde de carbone et le méthane en hydrogène gazeux. Il peut fonctionner efficacement pendant plus d'un mois.

Cette conversion est appelée « reformage à sec, " où les gaz nocifs, comme le dioxyde de carbone, sont traités pour produire des produits chimiques plus utiles qui pourraient être raffinés pour être utilisés dans le carburant, plastiques, ou même pharmaceutiques. C'est un processus efficace, mais il fallait auparavant des métaux rares et coûteux tels que le platine et le rhodium pour induire une réaction chimique brève et inefficace.

D'autres chercheurs avaient auparavant proposé le nickel comme solution plus économique, mais les sous-produits du carbone s'accumuleraient et les nanoparticules de surface se lieraient au métal moins cher, modifiant fondamentalement la composition et la géométrie du catalyseur et le rendant inutilisable.

"La difficulté provient du manque de contrôle sur des dizaines de sites actifs sur les surfaces volumineuses des catalyseurs, car toute procédure de raffinement tentée modifie également la nature du catalyseur lui-même, " a déclaré Yavuz.

Les chercheurs ont produit des nanoparticules de nickel-molybdène dans un environnement réducteur en présence d'un oxyde de magnésium monocristallin. Comme les ingrédients ont été chauffés sous gaz réactif, les nanoparticules se sont déplacées sur la surface cristalline vierge à la recherche de points d'ancrage. Le catalyseur activé résultant a scellé ses propres sites actifs à haute énergie et a fixé de façon permanente l'emplacement des nanoparticules, ce qui signifie que le catalyseur à base de nickel n'aura pas d'accumulation de carbone, les particules de surface ne se lient pas non plus les unes aux autres.

« Il nous a fallu près d'un an pour comprendre le mécanisme sous-jacent, " a déclaré le premier auteur Youngdong Song, un étudiant diplômé du Département de génie chimique et biomoléculaire de KAIST. « Une fois que nous avons étudié en détail tous les événements chimiques, nous avons été choqués."

Les chercheurs ont surnommé le catalyseur Nanocatalyseurs sur Single Crystal Edges (NOSCE). La nanopoudre d'oxyde de magnésium provient d'une forme finement structurée d'oxyde de magnésium, où les molécules se lient en continu au bord. Il n'y a pas de cassures ou de défauts dans la surface, permettant des réactions uniformes et prévisibles.

"Notre étude résout un certain nombre de défis auxquels la communauté des catalyseurs est confrontée, " Yavuz a déclaré. " Nous pensons que le mécanisme NOSCE améliorera d'autres réactions catalytiques inefficaces et permettra d'économiser encore plus d'émissions de gaz à effet de serre. "