Catalyseur pour le méthanol durable

L'économie mondiale repose toujours sur les sources de carbone fossiles que sont le pétrole, le gaz naturel et le charbon. Non seulement pour la production de carburants et de combustibles, mais aussi comme matière première pour l'industrie chimique pour la fabrication de matières plastiques et de nombreux autres composés chimiques. Depuis longtemps, on cherche certes des moyens de produire des carburants liquides et des produits chimiques à partir de matières premières alternatives et durables, mais ceux-ci n'ont jusqu'à présent pas dépassé le stade des applications de niche.

Des scientifiques de l'ETH Zurich, en collaboration avec la société pétrolière française Total, viennent de mettre au point une nouvelle technologie permettant de produire efficacement du méthanol directement à partir de CO₂ et de l'hydrogène. Le méthanol est considéré comme un produit chimique de base. Il est possible d'en faire des carburants et une grande variété de produits chimiques, y compris ceux qui sont actuellement basés sur des matières premières fossiles. En outre, le méthanol a le potentiel de servir lui-même de carburant, par exemple dans les piles à combustible au méthanol.

Nanotechnologie

Le cœur de cette nouvelle approche est un catalyseur chimique à base d'oxyde d'indium, développé par l'équipe dirigée par Javier Pérez-Ramírez, professeur d'ingénierie catalytique à l'ETH Zurich. L'équipe a déjà pu démontrer expérimentalement il y a quelques années que l'oxyde d'indium est approprié pour catalyser la réaction chimique correspondante. Le fait que l'utilisation de ce catalyseur ne produise pratiquement que du méthanol et, à l'exception de l'eau, presque aucun sous-produit, était déjà très prometteur. De plus, le catalyseur s'est avéré très stable. Cependant, l'oxyde d'indium n'était pas suffisamment actif en tant que catalyseur. Cela signifie qu'il en faut de grandes quantités, raison pour laquelle il n'est pas possible d'exploiter une installation économiquement rentable avec ce produit.

Les scientifiques sont maintenant parvenus à augmenter de manière significative l'activité du catalyseur sans nuire à sa sélectivité et à sa stabilité. Pour ce faire, ils ont mélangé l'oxyde d'indium avec une petite quantité de palladium. "Plus précisément, nous introduisons des atomes de palladium individuels dans le réseau cristallin de l'oxyde d'indium, qui ancrent d'autres atomes de palladium à sa surface et forment ainsi des clusters qui sont importants pour la performance du catalyseur", explique Cecilia Mondelli, scientifique dans le groupe de Pérez-Ramírez. On peut donc parler de nanotechnologie, ajoute Pérez-Ramírez. Le travail montre de manière exemplaire que la catalyse chimique est devenue une nanotechnologie grâce à des réflexions théoriques et à l'utilisation d'une analytique moderne.

Cycle fermé du carbone

"Aujourd'hui, le méthanol est produit industriellement exclusivement à partir de sources d'énergie fossiles, avec des émissions de CO₂-Nous sommes en train de créer une empreinte carbone", explique le professeur de l'ETH. "Avec notre technique, nous utilisons le CO₂ pour la production de méthanol" Ce CO₂ peut être extrait de l'air ou, ce qui est plus simple et plus efficace, de l'air d'échappement des centrales à combustion. Même si l'on synthétise des carburants à partir du méthanol, que l'on brûle ensuite, le CO₂ recyclé, fermant ainsi le cycle du carbone.

La production de la deuxième matière première, l'hydrogène, nécessite de l'électricité. Si celle-ci provient de sources renouvelables comme le vent, le soleil ou l'énergie hydraulique, elle permet de produire du méthanol durable et donc des produits chimiques et des carburants liquides durables, comme le soulignent les scientifiques.

Par rapport à d'autres approches actuellement suivies pour produire des carburants "verts", cette méthode a le grand avantage d'être proche de la maturité commerciale, selon Pérez-Ramírez. L'ETH Zurich et Total ont déposé conjointement une demande de brevet pour cette technologie. Total prévoit de faire passer la méthode à l'échelle supérieure et de la mettre éventuellement en œuvre dans une installation de démonstration dans les années à venir.