L’idée fait rêver de nombreux chercheurs : récupérer le dioxyde de carbone issu de la combustion de combustibles fossiles et le transformer par réaction chimique en hydrocarbures utiles. Il s’agirait alors d’un cercle vertueux, une boucle fermée neutre en carbone qui pourrait réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre.
La technique pour y parvenir est connue depuis un certain temps et implique une réaction appelée hydrogénation, qui consiste à échanger les atomes d’oxygène du dioxyde de carbone avec des atomes d’hydrogène, afin d’obtenir des hydrocarbures comme le méthane (le principal ingrédient du gaz naturel).
Aujourd’hui, cette méthode est loin d’être rentable, car la réaction nécessite des catalyseurs spéciaux qui utilisent des métaux précieux coûteux comme le platine, qui ne peuvent être fabriqués que dans des réacteurs contenant des gaz volatils fonctionnant à 1 100 degrés Fahrenheit (593 °C).
Mais tout cela est peut-être sur le point de changer. Des chercheurs de l’université de Californie du Sud et du National Renewable Energy Lab (NREL) ont annoncé avoir mis au point une méthode qui pourrait un jour nous permettre de réduire presque entièrement nos émissions de dioxyde de carbone.
La méthode en question consiste à fabriquer de manière moins chère et plus durable des nanocatalyseurs qui fonctionnent aussi bien que le platine mais qui utilisent un métal beaucoup plus abondant : le molybdène. Celui-ci peut être fabriqué pour un coût 90 % inférieur et à des températures « basses », proches de 600 degrés F.
Les catalyseurs sont des substances qui augmentent la vitesse d’une réaction chimique sans être consommées. Selon Frederick Baddour, chimiste au NREL, le National Renewable Energy Laboratory, la taille minuscule de ces catalyseurs au carbure de molybdène est essentielle à leur efficacité. En effet, les réactions d’hydrogénation se produisent à la surface du catalyseur, déclenchées par ses caractéristiques physiques. Noah Malmstadt, professeur à l’université de Californie du Sud, explique : « Le catalyseur fournit une surface à laquelle les produits chimiques peuvent adhérer. Les nanoparticules se situent toutes à la surface ».
En général, lorsque les chimistes veulent fabriquer plus de produits pour moins cher, ils augmentent la capacité des cuves et la température. Mais la fabrication de nanocatalyseurs exige une méthode plus délicate. Frederick Baddour précise : « Vous ne pouvez pas vous contenter d’une fiole géante. Elle chauffe différemment, elle n’est pas uniforme ».
Le nouveau procédé mis au point utilise au contraire de minuscules réacteurs « millifluidiques », des tubes d’un diamètre d’un petit millimètre dans lesquels les chercheurs parviennent à créer des catalyseurs sur mesure. Le chimiste du NREL poursuit : « Nous pouvons contrôler davantage de caractéristiques du produit final, créer différentes formes, incorporer d’autres métaux ».
Les petits réacteurs ne peuvent pas produire beaucoup de catalyseurs, c’est pourquoi l’équipe de Noah Malmstadt à l’université de Californie du Sud a augmenté la capacité de ce procédé grâce à la modularisation. Le laboratoire dispose désormais de 16 réacteurs millifluidiques, qui fonctionnent en parallèle.
L’équipe pourrait bientôt produire des « quantités industrielles pertinentes », mesurables en kilogrammes chaque année. D’ici dix ans, la demande pour ces nanocatalyseurs pourrait s’élever à plusieurs tonnes par an, utilisables de nombreuses autres manières.
Au NREL, Frederick Baddour travaille à transformer le bois et l’herbe en combustibles plus polyvalents. Pour ce faire, il soumet la biomasse à une pyrolyse (un chauffage sans oxygène) qui produit du charbon et de la vapeur, les ingrédients parfaits pour réagir avec des nanocatalyseurs.
En poussant la réflexion plus loin, on peut aussi imaginer placer des nanocatalyseurs sur des électrodes afin de les transformer en membranes, qui pourraient être incorporées dans les systèmes d’épuration des centrales électriques existantes. L’hydrogène nécessaire pourrait alors être produit par des électrolyseurs alimentés par des énergies renouvelables bon marché.
Ce domaine est en évolution permanente et appelle à de nombreuses autres trouvailles. Lorsqu’on lui demande s’il a déjà connu un effet eurêka en travaillant sur ce projet, Frederick Baddour répond : « J’aime à croire que j’en vis un chaque jour ».
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