Dans une cascade hybride, le CO2 nocif pour le climat est reconverti en méthanol précieux. Une équipe de recherche internationale a montré comment cela fonctionne.
Afin de récupérer les substances précieuses du CO2, celui-ci doit être réduit en plusieurs étapes individuelles. Si l’électrocatalyse est utilisée à cet effet, de nombreuses molécules potentielles différentes se forment, qui ne peuvent pas nécessairement être utilisées. Les biocatalyseurs, en revanche, sont sélectifs et ne produisent qu’un seul produit, mais ils sont également très sensibles.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d’électrochimie de la Ruhr-Universität Bochum, en Allemagne, et le Dr Felipe Conzuelo de l’Universidade Nova de Lisboa, au Portugal, a développé une cascade de catalyse hybride qui exploite les avantages des deux processus. Les chercheurs rapport dans la revue Angewandte Chemie International Edition à partir du 23 décembre 2024.
Avantages et inconvénients de l’électrocatalyse et de la biocatalyse
Le méthanol fait partie des substances que nous aimerions obtenir à partir du CO2 nocif pour le climat. Il est souvent utilisé comme matière première de synthèse dans l’industrie chimique.
« De nombreuses étapes de réduction sont nécessaires pour produire du méthanol, car le dioxyde de carbone est la forme de carbone la plus oxydée », explique Schuhmann.
L’électrocatalyse est capable d’initier ces étapes. Cependant, bien qu’elle soit encore sélective dans la première étape, le chemin de réaction se divise ensuite et jusqu’à 16 produits différents sont formés, pas nécessairement du méthanol. La situation est différente avec les biocatalyseurs : ces enzymes naturelles catalysent une seule réaction et ne donnent donc qu’un seul produit. Cependant, ils sont compliqués à manipuler, très sensibles ou nécessitent des cofacteurs pour la réaction.
Combiner les deux processus
Afin de combiner les avantages des deux procédés, l’équipe dirigée par les premiers auteurs Panpan Wang et Xin Wang a marié l’électrocatalyse et la biocatalyse. Alors que la première étape de réaction du CO2 en formiate est électrocatalytique, les deuxième et troisième étapes sont catalysées par la formaldéhyde déshydrogénase et l’alcool déshydrogénase.
Ces enzymes nécessitent du NAD (nicotinamide adénine dinucléotide) comme cofacteur, qui est consommé par la réaction catalytique et doit être régénéré. Cette régénération est réalisée par une troisième enzyme. Enfin, la précieuse substance méthanol est produite.
« Les travaux prouvent que de telles cascades hybrides sont en principe réalisables et rendent possibles de manière sélective des réactions complexes en plusieurs étapes », résume Schuhmann.
Plus d’informations :
Panpan Wang et al, Électrodes de diffusion de gaz modifiées en cascade d’enzymes et d’électrocatalyseurs hybrides pour la formation de méthanol à partir de dioxyde de carbone, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202422882