Tianyu Zhang, étudiant en génie chimique à l’Université de Cincinnati, tient un flacon de graphène utilisé comme catalyseur pour convertir le dioxyde de carbone en méthane. Crédit : Andrew Higley/UC Creative
Une station-service sur Mars? Les ingénieurs chimistes envisagent les possibilités.
Des ingénieurs de l’Université de Cincinnati développent de nouvelles façons de convertir les gaz à effet de serre en carburant pour lutter contre le changement climatique et ramener les astronautes de Mars chez eux.
Jingjie Wu, professeur adjoint à l’UC College of Engineering and Applied Science, et ses étudiants ont utilisé un catalyseur au carbone dans un réacteur pour convertir le dioxyde de carbone en méthane. Connue sous le nom de “réaction de Sabatier” du regretté chimiste français Paul Sabatier, c’est un processus que la Station spatiale internationale utilise pour éliminer le dioxyde de carbone de l’air que les astronautes respirent et générer du carburant pour la fusée afin de maintenir la station en orbite haute.
Mais Wu voit beaucoup plus grand.
Le professeur assistant en génie chimique de l’UC Jingjie Wu, à gauche et le doctorant Tianyu Zhang expérimentent différents catalyseurs pour convertir le dioxyde de carbone en carburant stockable afin de lutter contre le changement climatique. Crédit : Andrew Higley/UC Creative
L’atmosphère martienne est composée presque entièrement de dioxyde de carbone. Les astronautes pourraient économiser la moitié du carburant dont ils ont besoin pour un voyage de retour en fabriquant ce dont ils ont besoin sur la planète rouge une fois arrivés, a déclaré Wu.
« C’est comme une station-service sur Mars. Vous pourriez facilement pomper du dioxyde de carbone à travers ce réacteur et produire du méthane pour une fusée », a déclaré Wu.
L’étude de l’UC a été publiée dans la revue Communication Nature avec des collaborateurs de l’Université Rice, de l’Université de Shanghai et de l’Université des sciences et technologies de Chine orientale.
Wu a commencé sa carrière en génie chimique en étudiant les piles à combustible pour véhicules électriques, mais il a commencé à étudier la conversion du dioxyde de carbone dans son laboratoire de génie chimique il y a environ 10 ans.
L’ingénieur chimiste de l’UC Jingjie Wu tient le réacteur où un catalyseur convertit le dioxyde de carbone en méthane. Les recherches d’UC le rendent optimiste quant au fait que les scientifiques seront capables d’éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Crédit : Andrew Higley/UC Creative + Marque
“J’ai réalisé que les gaz à effet de serre allaient être un gros problème dans la société”, a déclaré Wu. « De nombreux pays ont réalisé que le dioxyde de carbone est un enjeu majeur pour le développement durable de notre société. C’est pourquoi je pense que nous devons atteindre la neutralité carbone.
L’administration Biden s’est fixé pour objectif d’atteindre une réduction de 50 % des polluants des gaz à effet de serre d’ici 2030 et une économie reposant sur les énergies renouvelables d’ici 2050.
“Cela signifie que nous devrons recycler le dioxyde de carbone”, a déclaré Wu.
Wu et ses étudiants, dont l’auteur principal et doctorant de l’UC Tianyu Zhang, expérimentent différents catalyseurs tels que graphène points quantiques – des couches de carbone de quelques nanomètres seulement – qui peuvent augmenter le rendement en méthane.
« En ce moment, nous avons un excès d’énergie verte que nous jetons simplement. Nous pouvons stocker cet excès d’énergie renouvelable dans des produits chimiques.
– Jingjie Wu, professeur adjoint de génie chimique à l’UC
Wu a déclaré que le processus promettait d’aider à atténuer le changement climatique. Mais il a également un grand avantage commercial dans la production de carburant en tant que sous-produit.
« Le processus est 100 fois plus productif qu’il ne l’était il y a à peine 10 ans. Vous pouvez donc imaginer que les progrès viendront de plus en plus vite », a déclaré Wu. « Dans les 10 prochaines années, nous aurons beaucoup de startups pour commercialiser cette technique. »
Les étudiants de Wu utilisent différents catalyseurs pour produire non seulement du méthane mais aussi de l’éthylène. Appelé le produit chimique le plus important au monde, l’éthylène est utilisé dans la fabrication de plastiques, de caoutchouc, de vêtements synthétiques et d’autres produits.
« L’énergie verte sera très importante. À l’avenir, cela représentera un marché énorme. Je voulais donc y travailler », a déclaré Zhang.
Un réacteur expérimental utilise des points quantiques de graphène comme catalyseur pour convertir le dioxyde de carbone en méthane. Crédit : Andrew Higley/UC Creative
La synthèse de carburant à partir de dioxyde de carbone devient encore plus viable commercialement lorsqu’elle est associée à des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne, a déclaré Wu.
« En ce moment, nous avons un excès d’énergie verte que nous jetons simplement. Nous pouvons stocker cet excès d’énergie renouvelable dans des produits chimiques », a-t-il déclaré.
Le processus est évolutif pour une utilisation dans des centrales électriques pouvant générer des tonnes de dioxyde de carbone. Et c’est efficace puisque la conversion peut avoir lieu là où l’excès de dioxyde de carbone est produit.
L’ingénieur chimiste de l’UC Jingjie Wu expérimente différents catalyseurs pour convertir le dioxyde de carbone en carburants tels que le méthane pour lutter contre le changement climatique. Crédit : Andrew Higley/UC Creative
Wu a déclaré que les progrès de la production de carburant à partir de dioxyde de carbone le rendent plus confiant que les humains mettront le pied sur Mars de son vivant.
“Pour le moment, si vous voulez revenir de Mars, vous devrez apporter deux fois plus de carburant, ce qui est très lourd”, a-t-il déclaré. « Et à l’avenir, vous aurez besoin d’autres carburants. Nous pouvons donc produire du méthanol à partir de dioxyde de carbone et les utiliser pour produire d’autres matériaux en aval. Alors peut-être qu’un jour nous pourrions vivre sur Mars.
Référence : « La régulation des groupes fonctionnels sur les points quantiques de graphène dirige le CO sélectif2 à CH4 conversion” par Tianyu Zhang, Weitao Li, Kai Huang, Huazhang Guo, Zhengyuan Li, Yanbo Fang, Ram Manohar Yadav, Vesselin Shanov, Pulickel M. Ajayan, Liang Wang, Cheng Lian et Jingjie Wu, 6 septembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25640-1
