Atteindre la durabilité est aujourd’hui l’un des défis les plus urgents de l’humanité – et aussi l’un des plus difficiles. Pour minimiser notre impact sur l’environnement et commencer à réparer les dommages déjà causés par l’humanité, il est primordial de s’efforcer d’atteindre la neutralité carbone dans autant d’activités économiques que possible. Malheureusement, la synthèse de nombreux produits chimiques importants entraîne encore des émissions élevées de carbone.
C’est le cas de l’acétylène (C2H2), un hydrocarbure essentiel aux multiples applications. Ce gaz hautement inflammable est utilisé pour le soudage, le découpage industriel, le durcissement des métaux, les traitements thermiques et d’autres procédés industriels. De plus, c’est un précurseur important dans la production de résines synthétiques et de plastiques, dont le PVC. Étant donné que la production de C2H2 nécessite des combustibles fossiles comme matière première, une voie de synthèse plus respectueuse de l’environnement est nécessaire de toute urgence.
Dans ce contexte, une équipe de recherche basée sur une collaboration entre le monde universitaire et l’industrie entre l’Université de Doshisha et Daikin Industries, Ltd., au Japon, a développé une nouvelle stratégie prometteuse pour produire du C2H2 en utilisant du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O) comme matières premières. matériaux.
Leur dernière étude, à laquelle ont participé le professeur adjoint Yuta Suzuki du Harris Science Research Institute et le professeur Takuya Goto du département des sciences de l’environnement et de modélisation mathématique de l’école supérieure des sciences et de l’ingénierie, tous deux de l’université de Doshisha, et Tomohiro Isogai du centre de technologie et d’innovation. chez Daikin Industries Ltd., est publié dans ACS Chimie et ingénierie durables.
L’approche proposée est basée sur la conversion électrochimique et chimique du CO2 en C2H2 en utilisant des sels fondus à haute température, à savoir des chlorures fondus. Un aspect clé du processus est qu’il exploite les carbures métalliques, qui sont des solides composés d’atomes de carbone et d’atomes métalliques, comme point pivot de la conversion.
« Dans notre stratégie, le CO2 est d’abord converti en carbures métalliques tels que CaC2 et Li2C2, qui se déposent sur l’une des électrodes », explique le Dr Suzuki. « Ensuite, ces carbures métalliques réagissent avec H2O, générant du gaz C2H2. »
Pour obtenir une efficacité énergétique plus élevée avec cette méthode, l’équipe a dû tester diverses configurations, notamment différents matériaux d’électrode et compositions de sels fondus. Après une série d’expériences complètes, notamment la voltammétrie cyclique, l’analyse de la cristallinité du carbone et la diffraction des rayons X, ils ont déterminé qu’une masse fondue NaCl-KCl-CaCl2-CaO saturée de CaCl2 supplémentaire dans une atmosphère de CO2 donnait les meilleurs résultats. Cette fusion particulière a conduit à la formation sélective de CaC2 autour de la cathode, ce qui a donné de meilleurs résultats que les fusions comprenant du lithium.
Cette stratégie innovante offre des avantages importants par rapport aux voies de synthèse conventionnelles du C2H2. Premièrement, les électrodes peuvent être réutilisées après un simple traitement de reconditionnement puisque la réaction souhaitée se produit sur les carbures métalliques déposés plutôt que directement sur les surfaces des électrodes. Un autre avantage, et peut-être le plus notable, est l’utilisation directe du CO2 comme matière première pour produire un produit chimique utile et précieux sur le plan industriel.
« L’approche proposée représente une technologie prometteuse pour réaliser un cycle durable des ressources et de l’énergie sans dépendre des combustibles fossiles », déclare le professeur Goto. « À l’avenir, cette même technique pourrait être utilisée comme technologie à émissions négatives de carbone en extrayant le dioxyde de carbone de l’air et en l’utilisant comme matière première, notamment en combinaison avec des processus de capture directe de l’air. »
Avec un peu de chance, de nouvelles recherches sur cette méthode passionnante mèneront à des moyens économiquement et écologiquement viables de produire d’importantes résines et produits chimiques à partir du CO2, ouvrant ainsi la voie à des sociétés durables. En fin de compte, ces efforts nous permettraient de vivre en harmonie avec l’environnement tout en conservant bon nombre des aspects positifs de notre mode de vie moderne.
Plus d’information:
Yuta Suzuki et al, Nouvelle voie de synthèse de l’acétylène via la formation électrochimique de carbures métalliques à partir de CO2 dans des fontes de chlorure, ACS Chimie et ingénierie durables (2024). DOI : 10.1021/acssuschemeng.3c08139