Une équipe de recherche affiliée à UNIST a fait une percée importante dans la technologie durable grâce au développement d'une méthode pour convertir le dioxyde de carbone (CO₂) en méthanol – un processus qui pourrait jouer un rôle vital dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre et la production de combustibles respectueux de l'environnement.
Dirigée par le professeur Jungki Ryu de la School of Energy and Chemical Engineering à UniT, en collaboration avec les professeurs Jongsoon Kim de l'Université Sungkyunkwan (SKKU) et le fils d'Aloysius de l'Université de Yonsei, l'équipe a développé avec succès un nouveau catalyseur en cuivre capable de transformer le CO₂ en méthanol de haute pointe. La recherche est publiée dans Matériaux avancés.
Le méthanol est un produit chimique polyvalent largement utilisé comme matière première fondamentale dans la production de plastiques et de fibres synthétiques. Son état liquide permet un stockage et un transport faciles, ce qui le rend de plus en plus attrayant en tant que support d'hydrogène et source d'énergie des piles à combustible.
La conversion du CO₂ directement en méthanol offre non seulement une voie pour réduire les émissions de carbone, mais soutient également l'utilisation durable des ressources. Cependant, les méthodes de conversion traditionnelles produisent souvent des mélanges contenant des sous-produits indésirables tels que l'hydrogène et le méthane, nécessitant des processus de purification complexes.
Le catalyseur de cuivre innovant développé par l'équipe de recherche produit sélectivement le méthanol avec une efficacité remarquable. Il a atteint une sélectivité maximale allant jusqu'à 70%, parmi les plus élevés signalés pour les catalyseurs à base de cuivre, rivalisant avec les performances de catalyseurs métalliques précieux coûteux. Les catalyseurs en cuivre typiques présentent des sélectivités de seulement 10% à 30%.
Ce catalyseur dispose d'une structure unique et étroitement intégrée où les particules de pyrophosphate de cuivre à l'échelle nanométrique (I) (cu₂p₂o₇) sont combinées de manière transparente avec du métal cuivre pur, ressemblant à un ajustement de puzzle. Cette configuration supprime les réactions concurrentes qui produisent de l'hydrogène, permettant une synthèse de méthanol hautement sélective.
Remarquablement, l'équipe a fabriqué cette structure complexe en utilisant une approche innovante inspirée des principes de décharge de batterie lithium-ion. En passant un courant électrique à travers l'électrode lors de la décharge de type batterie, certains pyrophosphate de cuivre sont réduits en cuivre métallique, ce qui fait que les deux matériaux forment naturellement un composite dans une seule particule. Après la réaction, les matériaux résiduels peuvent être facilement emportés avec de l'eau, simplifiant le processus de production.
En outre, l'étude a révélé une voie alternative pour la synthèse du méthanol qui s'écarte des mécanismes conventionnels. Au lieu de traverser le monoxyde de carbone (CO), le catalyseur produit d'abord de l'acide formique (HCOOH), qui est ensuite converti en méthanol. Cette découverte fournit de nouvelles informations qui pourraient éclairer le développement futur du catalyseur et approfondir notre compréhension des voies de synthèse du méthanol.
Le professeur Ryu a souligné: « Le méthanol est une source critique de matières premières et d'énergie industrielles critiques consommées dans le monde entier dans les millions de tonnes par an. Ce catalyseur rentable, fabriqué à partir de cuivre peu coûteux, démontre une sélectivité élevée et une densité actuelle, qui nous rapproche le co-transformation industrielle de la` `conversion des ressources de carbone, transformant le co-transformation industrielle ''2 en ressources précieuses. «
Il a ajouté: « L'utilisation de principes de la technologie des batteries pour fabriquer le catalyseur met en évidence son potentiel d'applications pratiques à grande échelle. Nous prévoyons d'étendre cette technologie en élargissant les zones d'électrodes et en intégrant les systèmes pour le déploiement commercial. »
