Un catalyseur pour transformer le CO2 en carburant pour piles à combustible

Résultats scientifiques

Parmi les pistes pour aller vers une société à faible empreinte carbone, la réutilisation du CO2 séduit de nombreuses équipes. Des scientifiques de l’IRCELYON (CNRS/Université Lyon 1) en collaboration avec le LCPB (CNRS/Collège de France), le LASIR (CNRS/Université de Lille) et l’université d’Aix-la-Chapelle ont mis au point des catalyseurs solides et poreux, capables de transformer le dioxyde de carbone en un carburant pour les piles à combustible : l’acide formique. Ces travaux, publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition, proposent une méthode qui dure plusieurs jours, sans chute d’activité, en se servant la lumière visible comme source d’énergie.

Fléau moderne, le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique peut être capturé et réutilisé. Par exemple, des réactions de réduction cassent les liaisons entre ses atomes d’oxygène et de carbone, qui sont ensuite réarrangés pour obtenir des molécules d’intérêt. Des techniques existent ainsi pour transformer le CO2 en acide formique (HCO2H), prisé pour alimenter des piles à combustible. Malheureusement, ces réactions emploient des systèmes catalytiques solubles difficiles à séparer à la fin de l’opération et qui se désactivent rapidement. Des scientifiques de l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon (IRCELYON, CNRS/Université Lyon 1), du Laboratoire de chimie des processus biologiques (LCPB, CNRS/Collège de France), du Laboratoire avancé de spectroscopie pour les interactions, la réactivité et l’environnement (LASIRE, CNRS/Université de Lille) et l’université d’Aix-la-Chapelle ont donc conçu un catalyseur solide, capable de maintenir la réaction pendant plusieurs jours à la seule aide de la lumière visible. Il est également facile à extraire et à réutiliser une fois l’opération terminée.
Ce catalyseur est fabriqué à partir de polymères poreux tridimensionnels, dont la structure connecte ensemble les éléments catalytiques et ceux chargés d’alimenter la réaction grâce à l’énergie lumineuse. La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique se produit via des transferts d’électrons nécessaires à la réduction du CO2, particulièrement rapides et efficaces dans ces systèmes. Ces performances sont à la fois vérifiées par des expériences et des calculs théoriques. Le catalyseur maintient la réaction pendant quatre jours, là où les systèmes précédents s’épuisaient en moins de six heures. Il peut également être déposé en films, ce qui faciliterait une éventuelle utilisation de même type que les panneaux solaires, à laquelle les chercheurs réfléchissent.

 

Le dioxyde de carbone réduit en acide formique, puis utilisé pour propulser une voiture grâce à une pile à combustible, en présence de dioxygène. © J. Canivet
Réduction du dioxyde de carbone par le catalyseur d’IRCELYON opérant sous le soleil lyonnais. © J. Canivet

Références :

Florian Michael Wisser, Mathis Duguet, Quentin Perrinet, Ashta Chandra Ghosh, Marcelo Alves-Favaro, Yorck Mohr, Chantal Lorentz, Elsje Alessandra Quadrelli, Regina Palkovits, David Farrusseng, Caroline Mellot-Draznieks, Vincent De Waele, Jérôme Canivet. Molecular Porous Photosystems Tailored for Long‐Term Photocatalytic CO2 Reduction. Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie. 201912883

Florian Michael Wisser, Yorck Mohr, Elsje Alessandra Quadrelli, Jérôme Canivet. Porous Macroligands: Materials for Heterogeneous Molecular Catalysis. ChemCatChem, Concept Paper
DOI: 10.1002/cctc.201902064

Contact

Jérôme Canivet
Chercheur (Ircelyon UMR5256)
Florian Michael Wisser
IRCELYON
Stéphanie Younès
Responsable Communication