Promesse tenue de valoriser le CO₂ en éthanol

Transformer le dioxyde de carbone (CO₂) en produits chimiques à plus forte valeur ajoutée, comme les carburants, constitue un enjeu majeur de la chimie verte. La molécule de CO₂ étant très stable, cette transformation nécessite de l’énergie et le développement de catalyseurs efficaces et peu coûteux. Plusieurs procédés électrochimiques ont ainsi été développés ces dernières années, utilisant des électrodes à base de cuivre, qui servent de catalyseur, ou des électrodes à base de carbone recouvertes de catalyseurs moléculaires*. Jusqu’à présent, ces derniers parvenaient principalement à produire des composés simples comme le monoxyde de carbone (CO) ou le formiate (HCOO^–). L’obtention de produits plus complexes impliquant des liaisons carbone-carbone reste encore difficile.

Si les catalyseurs à base de cuivre réussissent, ils génèrent souvent un mélange de molécules comportant deux carbones ou plus, généralement de l’éthanol mais aussi de l’éthylène et de l’acétate, avec peu de contrôle sur la sélectivité. Dans la perspective d’une économie circulaire du carbone, il serait évidemment préférable de produire de l’éthanol directement, sans avoir à ajouter des étapes de purification et de séparation des produits. Une équipe internationale de scientifiques a récemment développé un nouveau système catalytique permettant de surmonter ces obstacles grâce à un complexe organométallique de fer, la tétraphénylporphyrine de fer ou Fe-TPP, déposé sur un support de nickel.

Des chercheurs néerlandais, américains, canadiens et français (à l’Institut de Chimie Moléculaire de Paris – CNRS/Sorbonne Université) ont utilisé une approche innovante qui consiste à suspendre le catalyseur moléculaire, et complexe de fer, sur une mousse de nickel. Cette stratégie, qui abandonne les supports carbonés traditionnels pour utiliser des électrodes métalliques malgré leur potentiel de réactions électrochimiques concurrentes, a permis d’obtenir une conversion quasi totale du CO₂ dans l’éthanol. Remarquablement, l’électrode nickel-Fe-TPP fournit des rendements élevés en éthanol à de faibles potentiels sans produire de sous-produits indésirables comme l’acétate ou le méthane, surpassant ainsi tous les systèmes sans cuivre. Et cette efficacité persiste sur de nombreuses heures d’utilisation.

Cette avancée, publiée dans Catalyse naturelleremet en question les hypothèses de longue date sur les catalyseurs moléculaires. Elle propose surtout de nouvelles voies électrochimiques pour convertir le CO₂ et le CO en alcools comme l’éthanol, mais aussi le méthanol ou le propanol. L’éthanol produit peut facilement être stocké et utilisé comme carburant renouvelable, offrant ainsi une alternative durable aux ressources fossiles et réduisant la dépendance à l’égard de la biomasse et de la production de bioéthanol à forte consommation d’eau. Et si la boucle était vite bouclée pour le CO₂ ?

^*Contrairement aux catalyseurs solides ou métalliques traditionnels, les catalyseurs moléculaires sont souvent des complexes organométalliques, dans lesquels un atome métallique central est entouré de ligands organiques qui modifient ses propriétés chimiques.

Editeur : AVR