Réduction électrocatalytique du CO2

L’électroréduction du CO₂ permet de transformer le CO₂ en molécules carbonées (hydrocarbures, méthanol, méthane etc.) à travers la formation de liaison carbone-carbone ou carbone-hydrogène en utilisant l’énergie électrique. Ce procédé chimique pose de nombreux problèmes techniques de par les contraintes cinétiques et thermodynamiques, et l’utilisation de métaux nobles pour les catalyseurs. Il peut par ailleurs y avoir une réaction non désirée : la réduction de l’eau (H2O) en dihydrogène (H2) qui entre en compétition avec l’électroréduction du CO₂ qui est ici la réaction désirée.

Les travaux de recherche publiés par les équipes chinoises portent sur le développement de catalyseurs sans métaux précieux (palladium, argent, or et leurs alliages), leur préférant un métal de transition : le manganèse. Quelques travaux de recherche avaient déjà été publiés sur l’ajout de manganèse, mais les performances catalytiques étaient limitées en comparaison des catalyseurs de la même famille (à savoir carbone dopé avec un métal (fer, nickel) et de l’azote)*.

Ces travaux de recherche s’inscrivent dans l’objectif à moyen et long terme de la Chine de diminuer ses émissions en développant, par exemple, le stockage et l’utilisation du CO₂. D’après le Global CCS Institute, la Chine a le plus grand nombre de projets pilotes en construction ou en fonctionnement dans la monde, même si aucun de ces projets à grande échelle n’implique pour le moment la transformation chimique du CO₂. Le premier projet chinois à grande échelle d’utilisation du CO₂ a débuté en 2018 et est intitulé « CNPC Jilin Oilfield CO₂-EOR ». Ce projet est le 18ème projet à grande échelle à être mis en service dans le monde d’après le Global CCS Institute. D’autres projets à grand échelle sont en cours de développement en Chine et concernent l’utilisation du CO₂ pour faciliter l’extraction du pétrole (récupération assistée - EOR).

L’article a été publié conjointement par le Beijing National Laboratory for Molecular Sciences (BNLMS) de la CAS (Chinese Academy of Sciences), la School of Chemical Sciences de l’UCAS, et l’Institute of High Energy Physics de la CAS.

*L’amélioration des performances catalytiques a été accomplie par l’ajout d’un composé halogéné, de plus le TOF (Turn Over Frequency, soit nombre de moles de substrat converti divisé par le nombre de moles de catalyseur utilisé par unité de temps) à une surtension de 0,49 V serait meilleur que ceux obtenus par des catalyseurs de la même famille.

Sources :

Nature Communications
Carbon Capture, Storage and Utilization to the Rescue of Coal ?
Rapports CCS Policy Indicator (CCS-PI) et CCS Storage Indicator (CCS-SI) du 16 octobre 2018, téléchargeables ici
Conférence de Marc FONTECAVE du 15 juin 2015, « Du CO2 aux carburants : un renversement salutaire »

Rédaction :
Marie-Laure Tarot, chargée de mission au service pour la science et la technologie de l’ambassade de France à Pékin, marie-laure.tarot[at]diplomatie.gouv.fr