Transformer le CO2 en méthanol « vert »

Les besoins actuels et futurs en énergie, combinés au dérèglement climatique, conduisent les chercheurs à proposer de nouvelles solutions pour convertir le principal gaz à effet de serre, le dioxyde de carbone (CO₂), en vecteurs chimiques de l’énergie. Parmi ces derniers, le méthanol (CH₃OH) occupe une place de choix, car il peut être facilement stocké et utilisé à la demande comme carburant de piles à combustibles, pour des applications telles que le transport ou la production d’électricité sur site isolé. Le méthanol est également abondamment utilisé par l’industrie chimique comme molécule « plateforme » pour synthétiser de nombreux composés à haute valeur ajoutée pour la plasturgie, le textile, l’agrochimie, la pharmacie et le bâtiment. Actuellement, la voie la plus mature pour transformer le CO₂ en méthanol est l’hydrogénation catalytique, réalisée à pression et température élevées. A condition d’utiliser de l’hydrogène et de l’électricité dits « verts », c’est-à-dire produits à partir de sources renouvelables, cette solution a déjà fait la preuve de sa viabilité. Concernant le catalyseur, les recherches et applications récentes se sont surtout concentrées sur le système Cu-ZnO, qui contient des nanoparticules de cuivre et d’oxyde de zinc. Ce système souffre de plusieurs inconvénients, tels que sa sensibilité à l’eau coproduite lors de la réaction et le risque lié à l’approvisionnement en zinc. D’autres catalyseurs ont été proposés, mais ils contiennent également des métaux « critiques », tels que le palladium ou l’indium.

Dans ce contexte, des chercheurs de l’Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard), en collaboration avec des scientifiques de l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg), du Laboratoire Hubert Curien (CNRS/Université Jean Monnet/Institut d’optique graduate school), de la source de rayonnement synchrotron ALBA à Barcelone et de l’Institut des technologies de l’énergie de Barcelone, ont démontré l’efficacité de nanocristaux de dioxyde de titane (TiO₂) recouverts d’une faible quantité (quelques pourcents en masse) de molybdène. Ils ont montré que ce matériau catalyse de façon stable l’hydrogénation de CO₂ en monoxyde de carbone et méthanol. Grâce à l’utilisation de techniques de pointe telles que la spectroscopie de photoélectrons en présence de gaz (NAP-XPS), ils ont pu élucider le fonctionnement de ce catalyseur à l’échelle moléculaire. Ils ont ainsi attribué son activité et sa sélectivité en méthanol à une synergie entre la surface de TiO₂ et le molybdène « ultradispersé ». Ces travaux, parus dans la revue Green Chemistry, ouvrent la voie au développement de nouveaux catalyseurs et procédés éco-efficients pour la conversion du CO₂ d’origine anthropique en méthanol et autres vecteurs d’énergie.