Recycler le CO2

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Recycler le CO2 Alors que nos ressources pétrolières deviennent insuffisantes et que nous souhaitons limiter les émissions de CO2 associées à leur usage, pourquoi ne pas utiliser ce déchet pour produire des textiles, des médicaments, des colles? C'est le défi d'une équipe de chercheurs du CEA et du CNRS qui propose une démarche innovante satisfaisant les exigences de la "chimie verte". Le CO2 est le déchet ultime de la combustion des hydrocarbures, tels que le pétrole ou le gaz naturel, mais aussi de toute autre activité industrielle utilisant des ressources carbonées fossiles. Ce produit, de basse énergie, est faiblement réactif. Il s'accumule dans l'atmosphère et, en tant que gaz à effet de serre, participe au réchauffement climatique. Réduire nos émissions de CO2 et utiliser le CO2 existant sont donc deux défis actuels majeurs. Une voie audacieuse pour répondre d'un coup à ce double défi est de trouver le bon procédé capable d'apporter suffisamment d'énergie pour fonctionnaliser la molécule de CO2 et la convertir en carburant ou en consommable chimique, issus aujourd'hui des produits pétroliers. Jusqu'à présent, deux approches étaient régulièrement privilégiées pour recycler le CO2 : la première consistait à incorporer le CO2 dans des matériaux sans valeur énergétique (comme les plastiques à base de polycarbonate par exemple).

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Publié le 24 janvier 2012
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Recycler le CO2

Alors que nos ressources pétrolières deviennent insuffisantes et que nous souhaitons limiter les émissions de CO2 associées à leur usage, pourquoi ne pas utiliser ce déchet pour produire des textiles, des médicaments, des colles? C'est le défi d'une équipe de chercheurs du CEA et du CNRS qui propose une démarche innovante satisfaisant les exigences de la "chimie verte".

Le CO2 est le déchet ultime de la combustion des hydrocarbures, tels que le pétrole ou le gaz naturel, mais aussi de toute autre activité industrielle utilisant des ressources carbonées fossiles. Ce produit, de basse énergie, est faiblement réactif. Il s'accumule dans l'atmosphère et, en tant que gaz à effet de serre, participe au réchauffement climatique. Réduire nos émissions de CO2 et utiliser le CO2 existant sont donc deux défis actuels majeurs. Une voie audacieuse pour répondre d'un coup à ce double défi est de trouver le bon procédé capable d'apporter suffisamment d'énergie pour fonctionnaliser la molécule de CO2 et la convertir en carburant ou en consommable chimique, issus aujourd'hui des produits pétroliers.

Jusqu'à présent, deux approches étaient régulièrement privilégiées pour recycler le CO2 : la première consistait à incorporer le CO2 dans des matériaux sans valeur énergétique (comme les plastiques à base de polycarbonate par exemple). La deuxième approche visait, quant à elle, à utiliser le CO2 comme vecteur énergétique, pour produire de nouveaux carburants (l'acide formique et le méthanol). L'inconvénient de ces deux procédés, bien distincts, est qu'ils permettent de produire un nombre très limité de molécules et que la majorité des produits de base de l'industrie chimique reste issue de la pétrochimie.

Aujourd'hui, grâce aux recherches menées par une équipe du CEA / CNRS du SIS2M, une approche alternative est possible. Selon un procédé chimique original, la voie proposée vise à incorporer des molécules de CO2 dans des matériaux, tout en lui fournissant de l'énergie. A noter que la réaction mise au point repose sur une source d'énergie d'origine chimique. Cette démarche, qui permet dans le principe de produire une grande diversité de molécules, a été validée par les expériences conduites cette année dans les laboratoires de l'unité mixte de recherche CEA / CNRS. Ainsi, il est désormais possible de convertir du CO2 en formamides, c'est-à-dire en molécules issues habituellement de la pétrochimie. Ces molécules sont à la base de la production de colles, de peintures ou encore de produits textiles.

La synthèse industrielle des formamides repose généralement sur des méthodes pétrochimiques, en plusieurs étapes, mettant en jeu un gaz toxique (le monoxyde de carbone) utilisé à haute température et haute pression. A contrario, la méthode de conversion du CO2 employée par les chercheurs du CEA / CNRS répond aux exigences de la chimie verte, du fait qu'elle s'effectue en une seule étape et que l'utilisation d'un catalyseur permet à la réaction d'avoir lieu à basse température et à basse pression. De plus, le catalyseur utilisé par l'équipe du CEA/CNRS est purement organique, ce qui évite le recours à des matières métalliques toxiques et coûteuses, comme l'or, le platine ou le cobalt. Enfin et grâce à ce procédé, la réaction peut s'effectuer sans solvant et limiter ainsi le rejet de déchets.

Cette nouvelle voie pour le recyclage du CO2 pourrait contribuer à résoudre le problème de la raréfaction des ressources pétrochimiques et à la réduction des gaz à effet de serre. La réaction mise au point reposant actuellement sur une source d'énergie d'origine chimique, le prochain travail des chercheurs vise à réussir la conversion du CO2 à partir d'une source d'énergie électrique décarbonée telle que l'énergie nucléaire ou photovoltaïque. Validé en laboratoire, ce procédé ouvre la voie à de nombreux développements technologiques et industriels, indispensables pour répondre aux contraintes économiques et écologiques auxquels doivent faire face les sociétés industrialisées.

Un plastique révolutionnaire !

Des chercheurs français de l'ESPCI (Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielle de la Ville de Paris) ont créé une matière plastique pouvant être façonnée à volonté et réutilisée comme le verre. Actuellement, les matières plastiques ne peuvent pas être chauffées et refaçonnées une fois durcies, une propriété réservée notamment au verre, un composé minéral. Planches à voile, avions et circuits électroniques ont tous en commun de contenir des résines utilisées pour leur légèreté et leur résistance. Mais, leur forme ne peut pas être modifiée après durcissement. Les chimistes sont parvenus à mettre au point un nouveau matériau façonnable à haute température en travaillant à partir de composants déjà utilisés dans l'industrie comme les résines époxy, qui durcissent sous l'effet de la chaleur ou lorsqu'on y adjoint un catalyseur (durcisseur). Cette nouvelle matière organique, dénommée le vitrimère, peut passer de l'état liquide à l'état solide ou inversement, conservant certaines propriétés propres aux résines organiques ou aux caoutchoucs. Légère, insoluble et difficilement brisable, elle est de surcroît peu coûteuse et facile à fabriquer. Ce nouveau matériau révolutionnaire pourrait avoir de nombreuses applications industrielles, notamment dans l'aéronautique, l'automobile, le bâtiment, l'électronique et le sport, des secteurs qui cherchent un substitut à l'acier et à d'autres métaux.