Produire des molécules C1 à partir de ressources renouvelables

Notre société s’est con­sid­érable­ment dévelop­pée grâce à l’utilisation des ressources fos­siles, en par­ti­c­uli­er dans le domaine de l’énergie et de l’industrie chim­ique. Cet usage mas­sif provoque un dérè­gle­ment du cycle naturel du car­bone par l’accumulation dans l’atmosphère de 37 Gt de CO₂ anthro­pogénique annuelles. Pour enray­er le réchauf­fe­ment du cli­mat qui en résulte, une des solu­tions envis­agées con­siste à aban­don­ner pro­gres­sive­ment les hydro­car­bu­res fos­siles au prof­it de ressources énergé­tiques renou­ve­lables (EnR).

Des pro­duits car­bonés de syn­thèse per­me­t­traient de ren­dre des ser­vices cri­tiques à l’économie, tels que le stock­age inter­saison­nier des EnR, la pro­duc­tion de car­bu­rants pour le trans­port de longue dis­tance et les pro­duits chim­iques man­u­fac­turés. Des molécules réac­tives, facile­ment syn­théti­s­ables, et qui peu­vent être util­isées comme intrants dans les procédés indus­triels exis­tants tels que les com­posés C1 devront donc être util­isées pour cou­vrir ces usages. Ils peu­vent servir comme car­bu­rants (le méthanol comme addi­tif à l’essence ou le méthane comme gaz com­bustible) ou comme matière pre­mière pour l’industrie chimique.

Comment produit-on les composés C1 ?

Pour pro­duire ces com­posés C1, il est néces­saire d’utiliser des tech­niques à faibles émis­sions comme la photo­catalyse ou l’électrocatalyse, qui utilisent directe­ment des éner­gies renou­ve­lables issues de l’énergie solaire, ou des réac­tions d’hydrogénation util­isant l’hydrogène provenant de l’électrolyse de l’eau. Le développe­ment à grande échelle de ces tech­nolo­gies néces­site un investisse­ment sur le long terme, con­joint aux efforts actuelle­ment plan­i­fiés par les poli­tiques publiques sur la base des accords inter­na­tionaux (accord de Paris, Cop 24, etc.).

Pour que l’utilisation de ces molécules C1 dans la chimie indus­trielle devi­enne courante, deux étapes néces­siteront d’être dévelop­pées : d’une part la cap­ture du CO₂ provenant de sources ponctuelles (aciéries, cimenter­ies), voire de l’air, et d’autre part sa trans­for­ma­tion en d’autres molécules C1 en vue de leur util­i­sa­tion. Cette stratégie néces­site de syn­chro­nis­er, lors de la trans­for­ma­tion du CO₂, la rup­ture de liaisons sta­bles C=O et C–O avec la for­ma­tion de liaisons C–H et O–H et elle fait ain­si appel à la catal­yse, l’ensemble des sci­ences et tech­nolo­gies per­me­t­tant d’accélérer les réac­tions chim­iques tout en abais­sant les tem­péra­tures et pres­sions de tra­vail et assur­ant la for­ma­tion sélec­tive de pro­duits utiles.

Cette dernière étape pour­rait s’accomplir selon dif­férentes voies : la con­ver­sion pho­tochim­ique du CO₂ en molécules car­bonées, mimant la pho­to­syn­thèse, est une pre­mière piste qui a con­nu des avancées récentes telles que la feuille artificielle.

De plus, l’électrolyse du CO₂ en CO ou en acide formique per­met d’obtenir avec de bonnes effi­cac­ités énergé­tiques ces molécules par­ti­c­ulière­ment ver­sa­tiles pour la chimie. Enfin, l’électrolyse de l’eau peut offrir un accès à de l’hydrogène renou­ve­lable, utile pour pro­duire du méthanol ou du méthane vert à par­tir de CO₂. Cette dernière méth­ode est dévelop­pée, par exem­ple, dans le cadre du pilote Jupiter1000 de GRTGaz, en parte­nar­i­at avec, entre autres, McPhy (pro­duc­tion d’hydrogène) et le CEA (hydrogé­na­tion du CO₂ en méthane).

REPÈRES

Les com­posés C1, comme le méthane (CH₄), le monoxyde de car­bone (CO), le méthanol (CH₃OH) ou l’acide formique (HCO₂H), com­por­tent un seul atome de car­bone, d’où leur nom, et peu­vent être pro­duits à par­tir du CO₂.

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