Africa-Press – Senegal. Depuis la révolution industrielle, les activités humaines rejettent dans l’atmosphère de plus en plus de gaz à effet de serre. Son plus grand représentant, le dioxyde de carbone, ou CO2, est relâché en grande partie par la combustion de combustible. Une équipe du laboratoire de Brookhaven (Etats-Unis) a développé une technique permettant de sceller ce gaz sous forme de nanofibres de carbone. Ses résultats sont publiés dans la revue Nature Catalysis.
Des techniques actuelles inadaptées
Il existe actuellement différentes méthodes pour piéger le carbone de l’atmosphère. Cependant, ces méthodes présentent différents problèmes. Pour certains, la capture s’accompagne d’une transformation en combustible carboné consommé dans la foulée, relâchant dans l’atmosphère le CO2 durement capturé. Les autres méthodes utilisées emprisonnent le CO2 dans de grandes cuves, voire directement dans des grottes ou autres cavités géologiques (en 2023, le Danemark a inauguré un site d’enfouissement en mer du Nord, le gaz étant injecté dans d’anciens réservoirs de pétrole ou de gaz “naturel”), mais celles-ci peuvent cependant avoir des fuites libérant tout ou partie du gaz qu’il contient.
C’est donc pour cela que les chercheurs de Brookhaven ont cherché à figer le carbone sous une forme solide, les nanofibres de carbone. Ces nanofibres, en plus de pouvoir sceller le carbone pour plusieurs années, ont des applications dans de nombreux domaines, que ce soit dans les coques solides et légères de l’aéronautique ou encore le béton renforcé. Il fallait cependant trouver une méthode applicable à l’échelle industrielle: les réactions connues jusque-là pour former des nanofibres à partir de CO2 nécessitent des températures aux environs de 1000°C, inatteignables dans une pratique de grande ampleur.
Séparer la réaction
Pour obtenir un schéma réactionnel applicable dans l’industrie, les chercheurs ont eu l’idée de séparer la réaction en deux étapes ayant chacune ses caractéristiques propres.
Dans un premier temps, une électrolyse catalysée (c’est-à-dire facilitée) à l’aide de palladium sur carbone est opérée. Dans cette réaction nécessitant un courant électrique, les molécules de CO2 et d’eau (H2O) sont brisées en monoxyde de carbone (CO) et en dihydrogène (H2), du dioxygène est produit d’autre part. La production de dihydrogène est également positive, car il s’agit d’un combustible qui attire ces derniers temps l’attention pour sa possibilité de décarboner le milieu du transport.
Une fois produit, le monoxyde de carbone est amené dans une autre chambre de réaction. Dans cette chambre réactionnelle, se trouvent des particules d’un alliage de fer et de cobalt (FeCo) ainsi que des particules de cobalt. Ces particules métalliques servent de catalyseur à la formation des fibres de carbone à partir de monoxyde de carbone. Cette catalyse ne nécessite que 400°C, contre les 1000°C pour une réaction à partir de CO2. Elle devient, de ce fait, tout à fait applicable dans l’industrie.
Des analyses pour comprendre les catalyseurs
Pour avoir une meilleure compréhension du fonctionnement de leurs catalyseurs, les chercheurs ont mené différentes analyses. Que ce soit de l’imagerie électronique pour pouvoir saisir le comportement des particules métalliques qui se retrouvent au bout des fibres de carbones ou encore l’utilisation de rayons X synchrotron (c’est-à-dire émis par l’accélération d’électrons, ici contraint dans un mouvement circulaire) permettant de saisir les modifications subies par les catalyseurs au cours des réactions.
Leurs analyses ont montré que dans la réaction d’électrolyse, le palladium se changeait en hydrure, c’est-à-dire un composé de palladium et d’hydrogène. Cette étape retirant donc les atomes d’hydrogène de l’eau est primordiale dans la production de CO. Ils ont également pu observer dans la réaction activée par haute température que l’alliage FeCo permettait de rompre la liaison entre le carbone et l’oxygène du monoxyde de carbone. Dans un second temps, le cobalt pur prend le relais et facilite les liaisons entre atomes de carbone, permettant la formation des nanofibres. Ils ont aussi remarqué que ce catalyseur reste au bout de la fibre de carbone et peut donc être simplement recyclé par utilisation d’acide, le tout sans détruire la fibre.
Objectif: le “négatif en carbone”
Pour les chercheurs, cette avancée pourrait permettre de produire des nanofibres de manière “négative en carbone”, c’est-à-dire qu’elle retirerait de l’atmosphère plus de CO2 qu’elle n’en émettrait !
Pour ce faire, il faut que l’énergie, permettant l’alimentation de l’électrolyse et la chauffe lors de la deuxième étape, soit obtenue par des sources décarbonées, idéalement les sources renouvelables.
Il est aussi important de noter que ce ne sera pas une solution miracle au problème de réchauffement climatique. En effet, pour l’utiliser en tant que solution, il faudrait que la quantité retirée soit au moins équivalente à celle rejetée par les autres activités humaines. De plus le CO2 n’est pas le seul gaz à effet de serre relâché dans l’air par les activités humaines (le méthane et l’hexafluorure de soufre en sont d’autres exemples).
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