Un nouveau matériau constitué de couches microscopiques de cobalt peut convertir le dioxyde de carbone gazeux en formiate – un carburant qui peut être brûlé sans sous-produits toxiques et utilisé comme source d’énergie propre.
Mis au point par une équipe de chercheurs en Chine, ce matériau pourrait être un moyen de lutter contre les 36 gigatonnes de CO2 que nous rejetons chaque année dans l’atmosphère en raison de l’utilisation de combustibles fossiles. Les scientifiques s’efforcent depuis des décennies de trouver un moyen efficace sur le plan énergétique de transformer le CO2 en quelque chose d’utile, et les premiers essais montrent que ce nouveau matériau est l’une des options les plus prometteuses que nous ayons vues jusqu’à présent.
“Cela représente une percée scientifique fondamentale”, a déclaré Karthish Manthiram, un ingénieur chimiste de l’Institut de technologie de Californie qui n’a pas participé aux recherches, à William Herkewitz de Popular Mechanics.
“Il est certain que des années s’écouleront avant que l’on puisse en faire un dispositif commercial réussi. Mais à ce stade de développement, selon toutes les mesures imaginables, cette réaction semble très positive.”
Le matériau, d’une épaisseur de quatre atomes seulement, est constitué de couches ultrafines de cobalt métallique pur et d’un mélange d’oxyde de cobalt et de cobalt métallique. Lorsqu’il subit le processus d’électroréduction, qui consiste à faire passer un petit courant électrique à travers le matériau pour modifier la structure moléculaire du CO2 qu’il contient, il produit un combustible à combustion propre.
Comme l’explique Herkewitz, lorsqu’un courant électrique est appliqué au nanomatériau de cobalt, les molécules à l’intérieur du matériau interagissent avec les molécules de CO2 qui le traversent librement. Les atomes d’hydrogène se fixent alors aux atomes de carbone du CO2 et un électron supplémentaire est propulsé dans l’un de ses atomes d’oxygène. “Le CO2 devient alors du CHOO-, ou formiate”, explique-t-il.
Des tests en laboratoire ont confirmé que le matériau pouvait maintenir “des densités de courant stables d’environ 10 milliampères [de formiate] par centimètre carré pendant 40 heures, avec une sélectivité du formiate d’environ 90 % à un potentiel de surtension de seulement 0,24 volt”.
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Ce “surpotentiel” est la quantité d’énergie perdue en raison de la lenteur des réactions électrochimiques entretenues par des électrodes telles que celle-ci. Plus le surpotentiel est faible, mieux c’est, mais pour que le système soit efficace, il doit maintenir ce faible surpotentiel tout en conservant un taux de production de carburant élevé. C’est là que de nombreuses tentatives d’électroréduction du CO2 ont échoué dans le passé.
Manthiram, qui travaille lui-même sur ses propres solutions d’électroréduction du CO2, a déclaré à Popular Mechanics que ce nouveau matériau peut non seulement maintenir ce faible surpotentiel tout en atteignant un taux élevé de production de formiate, mais qu’il parvient également à maintenir tout cela stable. “Il est très rare et difficile de trouver un matériau qui satisfait à ces trois contraintes”, a-t-il déclaré, ajoutant que ce matériau est “le meilleur que nous ayons vu” jusqu’à présent.
L’équipe du Laboratoire national des sciences physiques de Hefei, en Chine, décrit le matériau dans la revue Nature. La prochaine étape consistera à démontrer comment il peut être incorporé dans la technologie commerciale afin que nous puissions commencer à utiliser une partie du CO2 qui flotte dans notre atmosphère et cause des problèmes.