Transformer le CO2 en vinaigre avec un catalyseur intelligent

Des chercheurs ont créé un catalyseur capable de transformer le dioxyde de carbone en acide acétique, un additif chimique et alimentaire industriel extrêmement utile.

Les chercheurs australiens, américains et japonais, qui ont publié leurs recherches dans Nature Communications, affirment que leur méthode indique un moyen évolutif de transformer les émissions de dioxyde de carbone en matériaux utiles.

Il y a une demande mondiale d'environ 6,5 millions de tonnes d'acide acétique chaque année, pour fabriquer une gamme de produits, notamment des produits pharmaceutiques, des vinyles, des textiles et des cosmétiques.

C'est aussi le composant principal du vinaigre et il est souvent utilisé comme conservateur alimentaire.

Dans l'industrie alimentaire, l'acide acétique est principalement fabriqué par fermentation, mais dans d'autres industries, il est fabriqué à partir de combustibles fossiles, ce qui libère des émissions de gaz à effet de serre. La production a généralement aussi besoin de métaux précieux coûteux comme le cobalt, l'iridium et le rhodium pour fonctionner.

Maintenant, cette équipe a découvert comment fabriquer de l'acide acétique à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène, en utilisant du fer (moins cher) comme catalyseur.

Le catalyseur de fer reste également solide pendant toute la réaction, ce qui signifie que le processus n'a pas besoin d'équipement et d'énergie supplémentaires pour purifier l'acide acétique une fois qu'il est fabriqué.

"D'après la théorie, nous savions que le fer devrait être un bon candidat pour catalyser cette réaction, mais le défi consiste à le maintenir stable dans des conditions d'eau acide", explique l'auteur principal, le professeur agrégé Akshat Tanksale, ingénieur chimiste à l'Université Monash.

La fabrication d'acide acétique produit – sans surprise – de l'acide dissous dans l'eau.

"Comme on le sait, le fer rouille - s'oxyde - dans l'eau, alors que nous voulions qu'il reste au moins partiellement sous forme métallique", explique Tanksale.

La solution des chercheurs a été d'utiliser une structure organométallique (MOF) : une substance composée d'atomes métalliques (dans ce cas, le fer), liés par des ponts à base de carbone, formant une sorte d'éponge avec des trous de la taille d'une molécule.

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Ils ont ensuite chauffé le MOF, permettant à certains des atomes de fer de fusionner et de former des particules de quelques nanomètres de taille, noyées dans une couche poreuse de carbone.

Le catalyseur résultant pourrait fabriquer très efficacement de l'acide acétique (CH3COOH) à partir de CO2 et d'hydrogène (H2).

Tanksale dit qu'il a fallu plus d'un an à son équipe, avec quelques essais et erreurs, pour atterrir sur ce catalyseur.

"Nous avons commencé à travailler sur ce projet au début de la pandémie de COVID-19 en 2020, donc mon personnel de recherche et mes étudiants n'étaient pas autorisés à entrer dans le laboratoire tous les jours et ils devaient travailler seuls en rotation", dit-il.

"Il nous a fallu encore 18 mois pour fournir des preuves définitives du fonctionnement de ce catalyseur au niveau moléculaire, tout en devant faire face à un certain nombre de périodes de verrouillage à Melbourne."

Le catalyseur est moins cher que ceux actuellement utilisés, et les chercheurs travaillent à sa commercialisation.

Le goulot d'étranglement, dit Tanksale, n'est pas le catalyseur lui-même mais les matières premières : le CO2 et l'hydrogène.

"Bien qu'ils soient facilement disponibles aujourd'hui, leur coût est nettement plus élevé s'ils proviennent de sources vertes", dit-il.

"Pour récolter les vrais avantages de notre technologie, c'est-à-dire pour obtenir des émissions de carbone négatives, le dioxyde de carbone doit être capturé dans l'air et l'hydrogène doit être fabriqué à partir d'eau en utilisant une énergie renouvelable (hydrogène vert).

"Ces technologies habilitantes n'ont pas encore atteint leur plein potentiel commercial."

Publié à l'origine par Cosmos sous le titre Extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le transformer en vinaigre

Ellen Phiddian est journaliste scientifique chez Cosmos. Elle est titulaire d'un baccalauréat ès sciences (avec distinction) en chimie et en communication scientifique, et d'une maîtrise en communication scientifique, tous deux de l'Université nationale australienne.

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