Le but du dioxyde de carbone (CO2) L'hydrogénation consiste à transformer la pollution en carburant. Ce processus transforme CO2l'un des principaux gaz à effet de serre, dans les produits chimiques et les carburants renouvelables. Un produit important est le méthanol, un composé polyvalent utilisé dans tout, des plastiques aux carburants.
D'autres composés peuvent également être produits, tels que le méthane, qui peuvent être injectés directement dans des pipelines de gaz naturel. Les hydrocarbures avec des chaînes plus longues peuvent également être produits et peuvent être utilisés comme carburant à l'essence ou à l'aviation. Cela ouvre la possibilité de créer des soi-disant e-fuel, qui sont des alternatives durables aux combustibles fossiles traditionnels.
Un consortium international, dont Liane Rossi, directeur du programme de capture et de conversion du carbone (CCU) du Centre de recherche pour l'innovation en gaz à effet de serre (RCGI) et le professeur à l'Institut de chimie de l'Université de São Paulo (USP), au Brésil, présente un aperçu de la matière dans un article publié dans la revue dans la revue dans la revue, au Brésil, présente un aperçu de la matière dans un article publié dans la revue dans la Journal Science.
« Nous devons repenser notre relation avec le dioxyde de carbone », soutient Robert Wojcieszak, chercheur principal au Centre National de la Recherche Scientifique en France et l'un des auteurs de l'article. « Au lieu de le voir comme des déchets, nous pouvons capturer le CO2 à partir de sources industrielles ou même directement de l'air et l'utiliser comme un précieux bloc de construction en carbone. «
La surface des particules catalytiques capture le CO2 et les molécules d'hydrogène, affaiblissant les liaisons fortes qui les maintiennent ensemble. Cela permet aux atomes de se réorganiser et de former de nouvelles liaisons, créant les produits souhaités. Les scientifiques travaillent constamment à développer de meilleurs catalyseurs.
L'article a examiné le méthanol comme une solution verte pour l'aviation et le transport maritime. Le catalyseur cuznal (CZA) a été utilisé pour produire du méthanol depuis les années 40. Il est devenu la norme de l'industrie en raison de son efficacité.
Cependant, « Lors de l'utilisation de la CZA, le processus catalytique a une particularité: il préfère une réaction différente au lieu de convertir directement le CO2 dans le méthanol. Cela signifie qu'il n'utilise pas CO2 Aussi efficacement que nous le souhaiterions « , explique Andrew Beale, professeur à l'University College de Londres au Royaume-Uni et co-auteur de l'article.
Un autre problème avec la CZA est l'agrégation. Au fil du temps, les particules catalytiques se regroupent ensemble, ce qui réduit leur surface et les rend moins efficaces. Nikolaos Dimitratos, professeur à l'Université de Bologne en Italie, ajoute: « Les catalyseurs qui sont initialement les plus actifs (et qui contiennent généralement le plus de cuivre) sont également ceux qui agrégent le plus rapide ».
Ainsi, bien que la CZA soit un excellent catalyseur, ses performances diminuent avec le temps. Les scientifiques recherchent des catalyseurs encore meilleurs qui peuvent utiliser CO2 plus efficacement et dure plus longtemps. Une solution potentielle est l'hydrogénation du CO2 pour produire des e-joints propres pour les secteurs difficiles à électrifier directement, comme l'aviation et le transport maritime.
Nouveaux catalyseurs
L'article souligne que les scientifiques explorent de nouvelles formulations de catalyseurs, et celles basées sur l'oxyde d'indium présentent un grand potentiel. Des recherches récentes indiquent que plus de 85% de ces nouveaux catalyseurs peuvent convertir CO2 dans le méthanol avec plus de 50% d'efficacité.
« La bonne nouvelle est que la production de méthanol va de mieux en mieux », explique Jingyun JE, professeur à l'Université Duquesne aux États-Unis. Le catalyseur le plus populaire se compose actuellement de cuivre, d'oxyde de zinc, d'oxyde de manganèse et d'un matériau de soutien spécial appelé KIT-6. Ce catalyseur peut fonctionner à une température relativement basse (180 ° C) et transformer efficacement le CO2 dans le méthanol.
Cependant, comme l'explique Rossi, « l'objectif ultime va au-delà de la simple production de méthanol, il s'agit de construire un futur durable propulsé par de nombreux CO2– Produits dérivés. La clé réside dans le développement de catalyseurs innovants. En avançant CO2 Hydrogénation, nous pouvons réduire les émissions de gaz à effet de serre, en particulier lorsque nous utilisons des énergies renouvelables pour alimenter le processus. «
Cependant, cela ne signifie pas que c'est une solution magique. Il y a des défis et des compromis à considérer. La technologie utilisée pour convertir CO2qu'il s'agisse d'une usine ou est capturé directement de l'air, et l'application finale du produit en tant que carburant peut avoir un impact significatif sur l'empreinte environnementale globale.
Perspectives
Dans l'article, les scientifiques détaillent les principaux facteurs influençant l'activité des catalyseurs hétérogènes dans l'hydrogénation du CO2 au méthanol. Ils mettent en évidence différentes stratégies pour augmenter la stabilité du catalyseur et améliorer leurs propriétés d'hydrogénation, résumant les progrès les plus importants des cinq dernières années et les défis de développer des formulations plus efficaces. Aspects historiques et mécanistes du CO2 L'hydrogénation est également discutée.
Bien que des alternatives, telles que les catalyseurs palladium-inde, soient à l'étude, les coûts restent un obstacle important. Malgré ce défi, les progrès de la conception des catalyseurs et des techniques d'analyse des matériaux ouvrent la voie à une énergie plus propre future tirée par le CO2 hydrogénation.
« Nous avons encore du mal à comprendre les réactions au niveau moléculaire, et les mécanismes de désactivation du catalyseur, tels que le frittage, l'empoisonnement et la formation de coke, ne sont pas bien compris », conclut Wojcieszak.
Cependant, les scientifiques pensent que les avancées futures sont possibles. L'augmentation de la puissance de calcul, en particulier dans les domaines de l'intelligence artificielle et de l'informatique quantique, combinée à de grands volumes de données, permettra des simulations plus précises et une meilleure compréhension du comportement du catalyseur. Pendant ce temps, les nouvelles techniques de caractérisation en temps réel fourniront des connaissances plus détaillées sur les sites actifs et les mécanismes de réaction.
