Le CO2 atmosphérique est en grande partie responsable du réchauffement climatique que nous vivons actuellement. Des chercheurs proposent aujourd'hui de recycler ce CO2 en acide formique dans un réacteur alimenté par de l'électricité renouvelable. Un acide formique qui pourrait, entre autres, alimenter les piles à combustible de nos futures voitures à hydrogène.

Tout le monde sait désormais que le dioxyde de carbone, le fameux CO2, est un gaz à effet de serre. Pour limiter le réchauffement climatique anthropique en cours, de nombreux scientifiques cherchent des solutions afin d'en réduire les émissions. Mais d'autres espèrent parvenir à transformer ce CO2 en des produits utiles. C'est le cas de chercheurs de l'université Rice (États-Unis). Ils annoncent avoir mis au point un réacteur catalytique qui utilise le dioxyde de carbone comme matière première et qui produit de l'acide formique - ou acide méthanoïque, de formule CH2O2 - purifié et à forte concentration.

Le saviez-vous ?

D’autres travaux ont montré qu’il est possible, à l’aide d’un catalyseur, de décomposer l’acide formique (CH2O2) en hydrogène (H2) et en dioxyde de carbone (CO2). Ainsi l’acide formique peut être présenté comme une solution de stockage de l’hydrogène.

« L'acide formique est un vecteur d'énergie. Un carburant à pile à combustible capable de générer de l'électricité. En émettant du CO2, certes, mais un CO2 que l'on peut désormais envisager de récupérer et de recycler », précise Haotian Wang, ingénieur en génie chimique et biomoléculaire. « Plus largement, en tant que matériau de stockage de l’énergie, l'acide formique peut contenir près de 1.000 fois l'énergie d'un volume équivalent d'hydrogène sous forme de gaz. »

Pour s'assurer une empreinte carbone minimale, le réacteur mis au point à l'université Rice doit bien sûr fonctionner à partir d'électricité renouvelable. Son rendement de conversion d'énergie est aujourd'hui d'environ 42 %. Presque la moitié de l'énergie électrique peut donc ainsi être stockée dans de l'acide formique sous la forme d'un carburant liquide.

Ce schéma montre l’électrolyseur développé à l’université Rice (États-Unis) pour réduire le dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre, en combustibles de valeur. À gauche, un catalyseur qui sélectionne le dioxyde de carbone et le réduit à ions formiates chargés négativement, qui sont entraînés à travers une couche de diffusion de gaz (GDL) et une membrane échangeuse d’anions (AEM) vers l’électrolyte central (en rouge). À droite, un catalyseur de réaction de dégagement d’oxygène (OER) génère des protons positifs à partir de l’eau et les envoie à travers la membrane échangeuse de cations (CEM). Les ions se recombinent en acide formique ou en d’autres produits qui sont extraits du système par de l’eau désionisée (DI) et du gaz.
Ce schéma montre l’électrolyseur développé à l’université Rice (États-Unis) pour réduire le dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre, en combustibles de valeur. À gauche, un catalyseur qui sélectionne le dioxyde de carbone et le réduit à ions formiates chargés négativement, qui sont entraînés à travers une couche de diffusion de gaz (GDL) et une membrane échangeuse d’anions (AEM) vers l’électrolyte central (en rouge). À droite, un catalyseur de réaction de dégagement d’oxygène (OER) génère des protons positifs à partir de l’eau et les envoie à travers la membrane échangeuse de cations (CEM). Les ions se recombinent en acide formique ou en d’autres produits qui sont extraits du système par de l’eau désionisée (DI) et du gaz.
Image : © Chuan Xia et Demin Liu, Université Rice

Un électrolyte solide

Pour faire fonctionner leur système, les chercheurs ont dû développer deux innovations. D'abord, un catalyseur au bismuth, robuste et bidimensionnel. Un nanomatériau produit au kilogramme afin de faciliter le transfert du procédé vers l'industrie. Puis, un électrolyte solide à base de polymère recouvert de groupes fonctionnels lui permettant de conduire tant des charges positives que des charges négatives. De quoi permettre aux chercheurs de s'affranchir des classiques électrolytes liquides. Ceux-ci en effet contiennent nécessairement des sels qui se mélangent à l'acide formique produit, et qui contraignent de fait à de lourdes opérations de purification.

Avec leur réacteur actuel, les ingénieurs de l'université Rice ont généré de l'acide formique pendant 100 heures avec une dégradation négligeable des composants. Sachant que la vitesse à laquelle l'eau traverse le système détermine la concentration de la solution obtenue, un débit lent, par exemple, produit une solution contenant près de 30 % en poids d'acide formique.

Les chercheurs espèrent déjà obtenir des concentrations plus élevées grâce à une nouvelle génération de réacteur qui permettra d'introduire un flux de gaz et de produire des vapeurs d'acide formique. Et pourquoi pas, d'autres produits de valeur comme de l'acide acétique, de l'éthanol ou du propanol.

CE QU'IL FAUT RETENIR

Des chercheurs proposent de recycler le CO2 en acide formique, un vecteur d’énergie intéressant.

Et ce, grâce à un réacteur alimenté par des énergies renouvelables au cœur duquel on trouve notamment un électrolyte solide qui permet d’obtenir des produits purs.

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