Un catalyseur transforme un gaz à effet de serre en vecteur d'énergie
Des chercheurs transforment le CO₂ en méthane - le catalyseur nouvellement développé dépasse les normes industrielles
Le tournant énergétique ne nécessite pas seulement de nouvelles sources, mais aussi des solutions de stockage et de transport efficaces. Des chercheurs de l'université Christian-Albrecht de Kiel (CAU) ont désormais développé un nouveau type de catalyseur capable de transformer le dioxyde de carbone (CO₂) - l'un des principaux gaz à effet de serre - en méthane. Ce gaz sert de source d'énergie polyvalente et peut être directement injecté dans les réseaux de gaz naturel existants. Le nouveau catalyseur fonctionne à bas prix, a une longue durée de vie et surpasse les matériaux industriels en termes de performance. Les chercheurs viennent de publier leurs résultats dans la revue spécialisée "ChemSusChem", qui traite de la chimie dans le contexte de la durabilité.
Le professeur Malte Behrens et la doctorante Anna Wolf dans le laboratoire de synthèse de l'Institut de chimie inorganique de la CAU.
© Christina Anders, Uni Kiel
Power-to-Gas : stocker le CO₂ dans le méthane
Le concept Power-to-Gas (PtG) sur lequel repose ce projet stocke l'énergie renouvelable sous forme chimique. Les chercheurs produisent ainsi de l'hydrogène à partir d'électricité et le font réagir avec du CO₂ pour former du méthane. "Dans des conditions réelles, la composition de la réaction varie alors en raison de l'apport variable de courant issu de l'énergie éolienne et solaire. C'est pourquoi nous avons besoin de catalyseurs qui fonctionnent de manière fiable même dans des conditions variables", explique le professeur Malte Behrens de l'Institut de chimie inorganique de la CAU, qui dirige le sous-projet de Kiel dans le programme prioritaire SPP 2080 de la DFG.
Ce projet interdisciplinaire associe la chimie, la physique, la science des matériaux et l'ingénierie. Typiquement pour le pôle de recherche "Kiel Nano, Surface and Interface Science" (KiNSIS) à la CAU, les chercheurs étudient les matériaux de la structure atomique à l'application technique et les développent de manière ciblée.
La nanostructure assure l'efficacité
L'équipe de Kiel a appliqué un principe éprouvé au nouveau catalyseur : ils ont combiné les éléments nickel et magnésium de manière ciblée au niveau atomique. La cristallisation commune forme une solution solide. Ce n'est que juste avant la réaction proprement dite dans le réacteur que cette combinaison se sépare et que de minuscules particules de nickel se forment. L'oxyde de magnésium stabilise les particules et veille à ce que le CO₂ soit adsorbé de manière particulièrement efficace.
"Cette structure à l'échelle nanométrique est cruciale", explique la doctorante Anna Wolf, premier auteur de l'étude. "Les particules de nickel restent réparties uniformément et l'oxyde de magnésium soutient considérablement la production de méthane".
Résultat : même à des températures relativement basses de 260 °C, le catalyseur transforme de grandes quantités de CO₂ en méthane. En chiffres pratiques, cela signifie qu'un seul kilogramme de ce matériau peut produire en à peine une semaine suffisamment de méthane pour chauffer une maison individuelle pendant un an.
Du laboratoire à l'application industrielle
L'équipe attribue ce succès à une optimisation minutieuse de toutes les étapes de la synthèse. "Au départ, il y avait l'idée de transposer un concept éprouvé à un nouveau système de matériaux", explique Behrens. "Le fait que notre catalyseur surpasse maintenant les matériaux utilisés dans l'industrie montre l'importance de la recherche fondamentale systématique". Les chercheurs transposent les résultats de laboratoire à l'échelle industrielle et testent le catalyseur dans des conditions réelles de PtG en collaboration avec des partenaires de coopération à l'université de Hambourg.
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