Un catalyseur innovant pour la production de carburant à partir de monoxyde de carbone

Les e-carburants (électro-carburants) comme l’e-éthanol sont une alternative attractive aux carburants fossiles pour une utilisation dans l’industrie et le transport, par exemple. Produits à partir d’électricité décarbonée, leur synthèse peut être potentiellement réalisée par transformation directe du dioxyde de carbone (CO₂), capté au niveau des émissions concentrées d’usines métallurgiques, de fermenteurs ou de cimenteries, ou du monoxyde de carbone (CO) également émis par certaines industries. D’un point de vue chimique, ces réactions d’électro-réduction du CO₂ ou du CO sont très complexes en raison du grand nombre d’électrons et de protons mis en jeu. Elles nécessitent des électrolyseurs spécifiques pour la conversion des gaz et, surtout, des catalyseurs efficaces et sélectifs pour ne produire que les produits souhaités et directement valorisables. 

De nombreux efforts se sont concentrés ces dernières années sur l’électro-réduction du CO₂ comme une piste prometteuse pour produire des carburants et des molécules organiques utiles pour l’industrie chimique. Cependant, d’importants obstacles persistent qui empêchent le passage à l’échelle industrielle de ces procédés. Les faibles rendements et la grande difficulté de trouver des catalyseurs suffisamment sélectifs pour éviter la formation de nombreux sous-produits en sont les principaux. Face à ce constat, une alternative s'impose : utiliser plutôt le monoxyde de carbone (CO) comme réactif, une stratégie qui permettrait sans doute d’optimiser la conversion vers des composés plus complexes.

Dans ce contexte, une équipe du Laboratoire de chimie des processus biologiques (CNRS/Collège de France/Sorbonne Université) a conçu, en partenariat avec TotalEnergies, un catalyseur innovant à base de nitrure de cuivre enrichi en nanoparticules d’or et en atomes isolés d’argent. Des tests électrochimiques ont révélé que cette architecture unique favorise une conversion efficace du CO en alcools multicarbonés, en particulier l’éthanol et le propanol, au détriment de la formation d’éthylène qui est habituellement le principal produit de ces réactions. Des calculs théoriques montrent que l’or et l’argent modifient les propriétés électroniques du cuivre, favorisant ainsi les voies réactionnelles conduisant aux alcools plutôt qu’aux hydrocarbures.

Ces résultats ouvrent des perspectives intéressantes pour la production durable de carburants et de précurseurs chimiques à partir de CO. À terme, cette technologie publiée dans Nature Materials pourrait s’intégrer dans des processus industriels visant à recycler le CO émis par certaines industries, réduisant ainsi leur empreinte carbone globale tout en valorisant ce gaz sous-exploité.

Rédacteur : AVR