Une voie directe pour transformer le CO2 en méthane avec de l’électricité renouvelable

Résultats scientifiques

Transformer le CO2 en méthane en utilisant de l’électricité renouvelable est une solution prometteuse alternative à la production de biogaz. Défi relevé par des équipes du Département de chimie moléculaire (Université Grenoble Alpes - CNRS), du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Université Grenoble Alpes – CNRS - CEA/) et de l’Indian association for the cultivation of science de Kolkata (Inde) qui viennent de décrire un catalyseur à base de nickel et de fer capable de réaliser cette réaction. Directement inspiré du site actif d’enzymes, les catalyseurs du monde vivant, ce composé unique présente une sélectivité comparable aux meilleurs matériaux à base de métaux décrits jusqu'à présent. Une étude décrite dans un article de la revue ACS Energy Letter.

Le méthane, constituant principal du gaz naturel, est une des sources d’énergie majeure de notre économie. Pour tenir les objectifs de l’accord de Paris, il faudra néanmoins stopper d’ici 2050 son extraction des gisements fossiles. D’où l’idée de produire directement ce carburant à partir de CO2 recyclé et d’énergies renouvelables, et développer ainsi une économie circulaire du carbone.  Mais comment réaliser un tel cycle vertueux ?

L’électrochimie peut apporter la solution. La molécule de CO2, longtemps considérée comme un déchet, peut être transformée en de nombreux produits à la surface d’électrodes selon le nombre de protons et d’électrons qu’on lui apporte. Les réactions les plus courantes et les plus simples mettent en jeu uniquement deux électrons et deux protons pour former par exemple du gaz de synthèse ou de l’acide formique. Produire sélectivement le méthane à partir du CO2 est théoriquement possible, mais la réaction qui permet d’obtenir directement cet hydrocarbure est plus complexe car elle implique cette fois huit électrons et huit protons. Restait donc à identifier un catalyseur capable de contrôler parfaitement ce processus multiélectronique.

Ce que viennent de réaliser des équipes du Département de chimie moléculaire et du Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux à Grenoble et de l’Indian Association for the Cultivation of Science de Kolkata qui ont synthétisé un complexe à base de nickel et de fer, directement inspiré de sites actifs de métalloenzymes impliquant ces mêmes métaux dans le métabolisme du CO2.  Ce complexe s’est montré très performant pour transformer le CO2 en méthane de manière catalytique. La sélectivité de ce complexe moléculaire est unique pour cette réaction complexe, même comparée aux meilleurs matériaux catalytiques décrits jusqu'à présent. Pour améliorer encore la sélectivité de la production de méthane, les chercheurs tentent maintenant de progresser dans la compréhension du mécanisme chimique à l’origine de cette transformation. Résultats à retrouver dans la revue ACS Energy Letter.

© Carole Duboc

Références

 

Repurposing a Bio-Inspired NiFe Hydrogenase Model for CO Reduction with Selective Production of Methane as the Unique C-based Product Md Estak Ahmed, Suzanne Adam, Dibyajyoti Saha, Jennifer Fize, Vincent Artero, Abhishek Dey & Carole Duboc ACS Energy Letter 13 novembre 2020.

 

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02002

Contact

Vincent Artéro
Directeur de Recherche au LCBM - CEA Grenoble
Christophe Cartier dit Moulin
Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS