Un dispositif intégré a été développé qui peut convertir le dioxyde de carbone capturé dans l’air en hydrogène et en monoxyde de carbone en utilisant la lumière du soleil. Ce processus a couplé la réduction du dioxyde de carbone capturé à l’oxydation des déchets plastiques, générant en plus l’acide glycolique chimique comme matière première.

«Il s’agit de la première démonstration de la connexion de la capture directe du dioxyde de carbone dans l’air à son utilisation directe dans un processus à énergie solaire, avec tout dans un seul appareil», déclare Erwin Reisner, qui dirige le groupe à l’université de Cambridge. Le dioxyde de carbone a été capturé à partir de gaz de combustion ou d’air simulés à l’aide d’une solution standard d’amine/hydroxyde dans des conditions ambiantes.

Une photocathode à base de pérovskite avec un catalyseur au cobalt-phtalocyanine a généré du gaz de synthèse – du monoxyde de carbone et de l’hydrogène – à partir du dioxyde de carbone capturé. À l’anode sombre, l’éthylène glycol provenant des déchets de polyéthylène téréphtalate de plastique a été oxydé en acide glycolique sur un catalyseur en alliage cuivre-palladium. Le dioxyde de carbone atmosphérique est exploité comme source de carbone, tandis que les déchets plastiques jetés agissent comme un donneur d’électrons et que la lumière du soleil est la seule source d’énergie.

«Généralement, les gens utilisaient l’oxydation de l’eau comme réaction d’anode conventionnelle, mais notre processus ne peut être piloté que par l’oxydation des déchets plastiques, qui est un processus moins exigeant sur le plan thermodynamique», explique Motiar Rahaman, postdoctorant principal au laboratoire de Cambridge.

La plupart des procédés antérieurs, selon le groupe, reposaient sur des flux concentrés de dioxyde de carbone. Alors que pour cette démonstration, le laboratoire Reisner a utilisé des fumées contenant 15 à 20 % de dioxyde de carbone. Ils ont également testé avec succès leur appareil sur du dioxyde de carbone capturé dans l’air. « Nous avons été surpris que cela soit réellement possible », déclare Reisner.

Le processus fonctionne dans des conditions ambiantes, produisant l’acide glycolique chimique de base, utilisé par l’industrie textile et cosmétique, et du gaz de synthèse, qui peut être transformé en carburant liquide à l’aide du processus Fischer-Tropsch. La production était sur µM/cm² échelle, avec des microlitres de produits générés. « La prochaine étape consiste à le rendre plus pratique en allant vers des concentrations plus significatives », déclare le co-auteur Sayan Kar.

L’équipe note qu’un avenir net zéro reposera probablement sur le recyclage du dioxyde de carbone atmosphérique pour produire des carburants et des produits chimiques durables.

« Chacun de ces processus individuels a été réalisé, mais c’est peut-être le premier exemple où ils les ont tous réunis dans un seul système unifié », déclare David Heldebrant du Pacific Northwest National Laboratory à Richland, dans l’État de Washington. « Ils sont dans quelques années avant d’avoir quoi que ce soit d’intéressant sur le plan industriel », dit-il. « Je doute qu’il y ait une usine de capture de carbone qui verrouillerait cela à l’arrière, surtout compte tenu des petites quantités de matériaux ici. » Une centrale électrique peut générer 500 tonnes de dioxyde de carbone par heure, note-t-il.

‘Parler de CO₂ utilisation, tout va prendre une décennie à une demi-décennie pour commercialiser quoi que ce soit », déclare Heldebrant. « Mais d’autres groupes travaillent sur différents aspects de ce qu’ils ont ici et il y aura des améliorations dans la technologie. »

Un autre article du groupe Reisner plus tôt cette année a démontré l’utilisation de trois catalyseurs différents – la porphyrine de cobalt, un alliage de cuivre-indium et une enzyme formiate déshydrogénase – pour réduire le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, gaz de synthèse ou formiate, respectivement.

‘Le captage et le stockage du carbone (CSC) est très populaire auprès de l’industrie fossile car il leur permet de poursuivre les extractions fossiles, de capter le CO₂ et le stocker sous terre, bien que le processus consomme également une énorme quantité d’énergie», explique Reisner. « Mais il s’agit d’une belle démonstration de la manière dont la capture du carbone pourrait être liée à la synthèse de carburants verts, ce qui pourrait faire du CSC une technologie significative, exempte de l’industrie fossile. »

« A court ou moyen terme, nous devons coupler de tels dispositifs à des fumées ou à des fermenteurs, où l’on peut utiliser de très fortes concentrations de CO₂, dit Reisner. « Mais à long terme, nous devons fermer le cycle du carbone et éliminer le CO₂ de l’air. Certes, nous avons besoin de ces technologies d’ici 2050.’