Procédé catalytique plasma pionnier pour l’hydrogénation du CO₂ en méthanol dans des conditions ambiantes

Des chercheurs de l’Université de Liverpool ont franchi une étape importante dans la conversion du dioxyde de carbone (CO₂) en carburants et produits chimiques précieux, marquant ainsi une étape importante vers une économie durable à zéro émission nette.

Dans un article publié dans la revue Chimiel’équipe présente un procédé catalytique plasma pionnier pour l’hydrogénation du CO₂ au méthanol à température ambiante et pression atmosphérique.

Cette avancée répond aux limites de la catalyse thermique traditionnelle, qui nécessite souvent des températures et des pressions élevées, ce qui entraîne une faible teneur en CO₂ conversion et rendement en méthanol.

Le nouveau procédé utilise un catalyseur Ni-Co bimétallique dans un réacteur à plasma non thermique pour obtenir une sélectivité impressionnante en un seul passage de 46 % pour le méthanol et de 24 % pour le CO₂ conversion à 35 °C et 0,1 MPa.

Le plasma non thermique, un gaz ionisé contenant des électrons énergétiques et des espèces réactives, peut activer des liaisons chimiques fortes de molécules inertes comme le CO₂facilitant les réactions chimiques dans des conditions douces.

De plus, les systèmes modulaires à base de plasma peuvent être allumés et éteints instantanément, offrant une grande flexibilité pour utiliser l’électricité renouvelable intermittente pour la production décentralisée de carburants et de produits chimiques.

Le professeur Xin Tu, titulaire de la chaire de catalyse plasmatique à l’université de Liverpool, a déclaré : « Notre travail démontre que la catalyse plasmatique offre une solution flexible et décentralisée pour le CO₂ hydrogénation en méthanol dans des conditions ambiantes.

« Notre récente évaluation technico-économique montre également que ce procédé peut réduire considérablement les coûts d’investissement par rapport au CO2 catalytique thermique traditionnel.₂« Les procédés de conversion du méthanol en méthanol offrent une voie viable pour l’utilisation de sources d’énergie renouvelables dans la production de carburants synthétiques. »

La caractérisation infrarouge à transformée de Fourier couplée au plasma (FTIR) in situ et les calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) ont révélé que l’interface bimétallique Ni-Co est le principal centre actif pour la synthèse du méthanol, avec CO₂ adsorption et hydrogénation se produisant via le mécanisme Eley-Rideal (ER) pour produire une variété d’intermédiaires.

De plus, les voies formate et carboxyle jouent un rôle essentiel dans la formation du méthanol, tandis que les voies de décalage inverse du gaz à l’eau (RWGS) et d’hydrogénation du CO se sont révélées moins favorables sur les sites Ni-Co.

Le contrôle précis des sites Ni-Co dans les catalyseurs bimétalliques est très prometteur pour adapter le poids de chaque voie de réaction en favorisant l’adsorption asymétrique du CO₂ molécules aux interfaces bimétalliques, modulant ainsi efficacement la distribution des produits.

Cette recherche souligne le potentiel important de la catalyse au plasma en tant que technologie d’électrification émergente pour une production durable de CO₂ Conversion et production de carburant. La capacité à réaliser ces réactions dans des conditions ambiantes à l’aide d’un système plasma modulaire et évolutif constitue une alternative intéressante pour l’industrie chimique.

De plus, les systèmes à base de plasma peuvent être alimentés par de l’électricité renouvelable intermittente, améliorant ainsi la faisabilité de la production décentralisée de carburant et de produits chimiques.

Ce travail pionnier constitue une avancée majeure dans le domaine du CO catalytique₂ conversion et offre des pistes prometteuses pour la recherche future et les applications industrielles pour relever le défi d’un avenir durable.

L’équipe de recherche de l’Université de Liverpool est un leader dans le domaine de la catalyse plasmatique et a également réalisé des avancées pionnières dans la conversion catalytique plasmatique du CO₂ à d’autres carburants et produits chimiques. Par exemple, ils ont développé des procédés plasma prometteurs pour le CO₂ la méthanisation et la conversion du biogaz en méthanol en une seule étape et ont déposé trois brevets PCT dans ce domaine.