Conversion directe du dioxyde de carbone en produits chimiques en vrac et en combustibles liquides

L'utilisation à haut rendement du CO₂ facilite la réduction de la concentration de CO₂ dans l'atmosphère mondiale et donc l'atténuation de l'effet de serre. L'utilisation chimique du CO₂, qui consiste à convertir le CO₂ en produits chimiques à valeur ajoutée et en combustibles liquides, a un effet distinct et direct de réduction des émissions de CO₂ et peut atténuer efficacement la crise énergétique. En utilisant de l'_hydrogène renouvelable issu de l'électrolyse de l_'eau, la conversion directe du CO₂ en produits chimiques de base et en combustibles liquides par catalyse hétérogène peut non seulement résoudre le problème du stockage et du transport de l'hydrogène, mais aussi réduire la dépendance excessive vis-à-vis des ressources fossiles.

Récemment, une équipe dirigée par le professeur Yuhan Sun et Gao Peng du Shanghai Advanced Research Institute (SARI), de l'Académie chinoise des sciences, a fait état des efforts récents de son groupe visant à développer des catalyseurs hétérogènes à haute performance pour la conversion du CO₂ et du H₂ dans la production de produits chimiques en vrac (méthanol, oléfines inférieures, aromatiques) et d'hydrocarbures à gamme spécifique (essence et carburéacteur) avec des applications industrielles potentielles.

Parmi les produits chimiques en vrac, le méthanol est l'un des produits chimiques intermédiaires les plus importants, et l'hydrogénation catalytique du CO₂ pour synthétiser le méthanol a été largement étudiée. Dans cette étude, l'équipe a développé un catalyseur à base de Cu pour l'hydrogénation du CO₂ en méthanol, présentant une stabilité, une sélectivité du produit et une activité catalytique élevées. En 2020, ils ont poursuivi l'utilisation de ce catalyseur et ont coopéré avec CNOOC Fudao Ltd. et China Chengda Engineering Co., Ltd. pour réaliser une démonstration d'industrialisation de 5000 tonnes/an d'hydrogénation du_CO2 en méthanol pendant environ 2400 heures avec une conversion totale du CO₂ supérieure à 95% et une sélectivité du méthanol supérieure à 97%.

Parallèlement, le groupe s'est également concentré sur l'hydrogénation du CO₂ en oléfines inférieures, en aromatiques, en hydrocarbures de la gamme essence et de la gamme carburéacteur, avec des applications industrielles potentielles. Ils ont également démontré comment atteindre simultanément une sélectivité élevée du produit cible et une stabilité élevée du catalyseur, et ont élucidé la relation structure-performance des catalyseurs, la nature des sites actifs des catalyseurs et le mécanisme de la réaction qui a lieu sur différents systèmes de catalyseurs pour l'hydrogénation du CO₂.

Enfin, les défis et les perspectives d'avenir pour l'hydrogénation du CO₂ ont été discutés et l'auteur a proposé que la mise à l'échelle de la préparation des matériaux catalytiques ainsi que le développement de réacteurs à haut rendement soient au centre des études futures dans ce domaine pour parvenir à l'industrialisation.