Une étude de l’Université Northwestern présente un catalyseur rentable à base de molybdène et de sucre de table qui convertit le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, offrant ainsi un moyen viable de convertir le carbone capturé en produits utiles tels que des précurseurs de carburant.
Le nouveau catalyseur pourrait constituer une solution potentielle pour utiliser le carbone capturé.
Un nouveau catalyseur fabriqué à partir d’un métal peu coûteux et abondant, le sucre de table commun, a la capacité de détruire le dioxyde de carbone (CO2).2) Gaz.
Dans une nouvelle étude menée par l’Université Northwestern, le catalyseur a réussi à convertir le dioxyde de carbone2 au monoxyde de carbone (CO), un élément de base important pour la production d’une variété de produits chimiques bénéfiques. Lorsque la réaction se produit en présence d’hydrogène, par exemple CO2 L’hydrogène est converti en gaz synthétique (ou syngas), un matériau précieux pour produire un carburant pouvant remplacer l’essence.
Grâce aux récents progrès des technologies de captage du carbone, le captage du carbone après combustion est devenu une option raisonnable pour contribuer à faire face à la crise mondiale du changement climatique. Mais comment gérer le carbone capturé reste une question ouverte. Le nouveau catalyseur offre potentiellement une solution pour éliminer le puissant gaz à effet de serre en le convertissant en un produit plus précieux.
L’étude sera publiée dans le numéro du 3 mai du magazine les sciences.
«Même si nous arrêtons d’émettre du dioxyde de carbone2 Désormais, notre atmosphère contiendra encore un excès de dioxyde de carbone2 « C’est le résultat des activités industrielles des siècles passés », a déclaré Milad Khoshoui de l’Université Northwestern, qui a codirigé l’étude. « Il n’existe pas de solution unique à ce problème. Nous devons réduire le dioxyde de carbone.2 émissions Et Trouver de nouvelles façons de réduire le dioxyde de carbone2 Concentration déjà présente dans l’atmosphère. Nous devons profiter de toutes les solutions possibles.
Ce diagramme montre le processus complet de création d’un catalyseur et de son utilisation pour convertir le dioxyde de carbone. Crédit : Milad Khoshoui
« Nous ne sommes pas le premier groupe de recherche à convertir le dioxyde de carbone2 « Passons à un autre produit », a déclaré Omar K.. Farha, de l’Université Northwestern, est l’auteur principal de l’étude. « Cependant, pour que le processus soit vraiment pratique, il nécessite un catalyseur qui répond à plusieurs critères essentiels : prix abordable, stabilité, facilité de production et évolutivité. Heureusement, notre matériau excelle à répondre à ces exigences.
Experte en technologies de captage du carbone, Farha est professeur de chimie Charles E. et Emma H. Morrison au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. Après avoir commencé ce travail avec un doctorat. Khoshwai est candidat à l’Université de Calgary au Canada et est maintenant chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Farha.
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Le secret du nouveau catalyseur réside dans le carbure de molybdène, un matériau céramique extrêmement dur. Contrairement à de nombreux autres catalyseurs qui nécessitent des métaux coûteux, tels que le platine ou le palladium, le molybdène est un métal peu coûteux et non précieux, abondant dans la Terre.
Pour convertir le molybdène en carbure de molybdène, les scientifiques avaient besoin d’une source de carbone. Ils ont découvert une option bon marché dans un endroit inattendu : le garde-manger. Étonnamment, le sucre – le sucre blanc et granuleux que l’on trouve dans presque tous les foyers – constituait une source pratique et peu coûteuse d’atomes de carbone.
« Chaque jour, j’essayais de fabriquer ces matériaux, j’apportais du sucre de chez moi au laboratoire », a déclaré Khoshoui. « Par rapport à d’autres classes de matériaux couramment utilisés dans les catalyseurs, nos produits sont incroyablement bon marché. »
Sélectivité réussie et stable
En testant le catalyseur, Farha, Khoshoui et leurs collaborateurs ont été impressionnés par son succès. Fonctionne à des pressions ambiantes et à des températures élevées (300 à 600 degrés). ° C), le catalyseur converti CO2 au dioxyde de carbone avec une sélectivité de 100 %.
Une sélectivité élevée signifie que le catalyseur fonctionne uniquement avec du dioxyde de carbone2 Sans endommager les matériaux environnants. En d’autres termes, l’industrie peut appliquer le catalyseur à de grandes quantités de gaz capturés et cibler sélectivement uniquement le dioxyde de carbone.2. Le catalyseur est également resté stable dans le temps, c’est-à-dire qu’il est resté actif et ne s’est pas décomposé.
« En chimie, il n’est pas rare qu’un catalyseur perde sa sélectivité après quelques heures », a déclaré Farha. « Mais après 500 heures dans des conditions difficiles, sa sélectivité n’a pas changé. »
Ceci est particulièrement remarquable car le CO2 C’est une molécule stable et tenace.
« Conversion du CO2 « Ce n’est pas facile », a déclaré Khoshuai. « Ko2 C’est une molécule chimiquement stable, et il a fallu vaincre cette stabilité, ce qui demande beaucoup d’énergie.
L’approche tandem du nettoyage du carbone
Le développement des matériaux nécessaires au captage du carbone est l’objectif principal du Farha Lab. Son groupe développe des structures métallo-organiques (Charpentes organiques métalliques), une classe de matériaux hautement poreux de taille nanométrique que Farha compare à des « éponges de bain sophistiquées et programmables ». Farha explore les MOF pour diverses applications, notamment le captage du dioxyde de carbone2 Directement depuis les airs.
Farha affirme désormais que le MOF et le nouveau catalyseur pourraient travailler ensemble pour jouer un rôle dans le captage et la séquestration du carbone.
« À un moment donné, nous pourrions utiliser des MOF pour capturer le dioxyde de carbone, suivis d’un catalyseur pour le convertir en quelque chose de plus utile », a suggéré Farha. « Un système tandem utilisant deux matériaux différents pour deux étapes séquentielles pourrait être la voie à suivre. »
« Cela peut nous aider à répondre à la question : que faisons-nous du dioxyde de carbone capturé ?2« Khushui a ajouté. « À l’heure actuelle, il est prévu de l’isoler sous terre. Mais les réservoirs souterrains doivent répondre à plusieurs exigences afin de stocker le dioxyde de carbone de manière sûre et permanente. »2. Nous souhaitions concevoir une solution plus universelle pouvant être utilisée partout tout en ajoutant de la valeur économique.
Référence : « Catalyseur de carbure de molybdène cubique actif et stable pour la réaction de transformation réversible eau-gaz à haute température » par Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao et Omar K. Farha, le 2 mai 2024, les sciences.
est ce que je: 10.1126/science.adl1260
Cette étude a été financée par le Département américain de l’Énergie, la National Science Foundation et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.
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