La conversion électrochimique du CO2 peut générer de nombreux produits précieux, tels que des combustibles liquides pour alimenter les transports. Toutefois, dans la mesure où le CO2 est une molécule très stable, il est nécessaire de développer des catalyseurs efficients capables de rompre ses liaisons. Le projet HY-CAT, soutenu par le CER, entend identifier et développer de meilleurs systèmes catalytiques pour convertir le CO2 en produits chimiques à haute valeur ajoutée, tout en stockant des énergies renouvelables.
La dépendance mondiale actuelle aux combustibles fossiles nécessite que nous capturions et que nous stockions le CO2 que la civilisation humaine produit, afin de prévenir des niveaux de CO2 inacceptables dans l’atmosphère terrestre. Toutefois, le stockage du CO2 a aussi ses limites. Et si l’excès de CO2 était plutôt converti en produits chimiques, donnant ainsi naissance, pour ainsi dire, à une économie circulaire du CO2?
L’équipe de recherche HY-CAT (Multifunctional Hybrid Platforms based on Colloidal Nanocrystals to Advance CO2 Conversion Studies), basée à l’Institut fédéral suisse de technologie de Lausanne, travaille à la synthèse de matériaux hybrides contenant des absorbants de CO2 atomiquement bien définis, qui s’organisent en fines couches poreuses de cadre organométallique (MOF), et de catalyseurs nanocristallins intimement liés à un seul système intégré. Ils utiliseront trois classes différentes de matériaux hybrides, chacune étant caractérisée par un mécanisme spécifique d’absorption/préactivation, afin d’étudier de façon détaillée les effets des mécanismes de l’activité catalytique. Ce type d’approche méthodique permet à l’équipe de comparer la structure et l’activité, en déterminant les principes de conception qui formeront la base de meilleurs catalyseurs.
HY-CAT a déjà atteint quelques jalons notables. L’équipe a notamment appris à synthétiser des électrocatalyseurs hybrides, tels que des nanocristaux d’argent incorporés à des MOF. Ils ont mis en évidence que les MOF rendaient les nanoparticules plus sélectives, les rendant ainsi plus favorables énergétiquement en tant que voie réactive, pour la réduction du CO2, et plus stable vers l’agrégation lors de la catalyse. Les chercheurs ont également développé une approche visant à former un système d’oxyde de cuivre/cérium (Cu/CeOx), et se sont aperçus que ce type de combinaison de nanoparticules rend également le cuivre plus sélectif vers une conversion du CO2 en méthane.
D’un point de vue commercial, HY-CAT a également conçu et construit une cellule électrochimique de pointe, alimentée au gaz plutôt que par un électrolyte aqueux. Ce dispositif permet de tester les catalyseurs dans des conditions commercialement pertinentes, une étape cruciale pour faire réellement avancer la technologie vers une véritable durabilité.
Le projet HY-CAT a démarré en janvier 2017 et s’achèvera en juin 2022.
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