Des chercheurs ont développé un concept efficace pour transformer le dioxyde de carbone en des carburants propres et durables, sans aucun déchet ou sous-produit.
Les scientifiques, rattachés à l’Université de Cambridge, avaient précédemment démontré que des catalyseurs biologiques, des enzymes, peuvent produire des carburants de façon « propre » en utilisant des sources d’énergie renouvelables, mais avec une faible efficacité.
Leurs plus récents travaux ont permis d’améliorer l’efficacité de la production de carburant par un facteur de 18 dans des conditions de laboratoire, démontrant du même coup que les émissions de CO2 peuvent être transformées en des carburants propres de façon efficace, et sans gaspillage d’énergie. Les résultats sont publiés dans Nature Chemistry et Proceedings of the National Academy of Sciences.
La plupart des méthodes de conversion du CO2 en carburant vont aussi mener à la création de sous-produits, comme de l’hydrogène. Les scientifiques peuvent modifier les conditions chimiques pour minimiser la production de ce gaz, mais cela réduit aussi la performance pour la conversation de CO2. Il est donc possible de créer du carburant plus propre, mais au prix d’une efficacité moindre.
La preuve de concept de l’Université Cambridge s’appuie sur des enzymes isolées dans des bactéries pour alimenter les réactions chimiques qui convertissent le CO2 en carburant, dans le cadre d’un processus appelé électrolyse. Les enzymes sont plus efficaces que d’autres catalyseurs, comme l’or, mais ils sont très sensibles à leur environnement chimique. Si celui-ci n’est pas parfait, les enzymes se désorganisent et les réactions chimiques sont lentes.
Les chercheurs universitaires ont ainsi mis au point une méthode pour améliorer l’efficacité de l’électrolyse en peaufinant les conditions pour modifier l’environnement des enzymes.
« Les enzymes ont évolué pendant des millions d’années pour devenir extrêmement efficaces et pointilleux, et ils sont très utiles pour produire du carburant, parce qu’ils ne mènent pas à la création de sous-produits », mentionne la Dre Esther Edwardes, l’autrice principale de l’étude. « Cependant, la sensibilité des enzymes vient avec ses propres défis. Notre méthode tient compte de cette particularité, pour que l’environnement local soit modifié pour correspondre aux conditions idéales des enzymes. »
Les scientifiques ont utilisé des méthodes informatiques pour concevoir un système pour améliorer l’électrolyse du CO2. En utilisant le système s’appuyant sur des enzymes, le niveau de production de carburant a augmenté par un facteur de 18, comparativement à la solution témoin.
Doublé d’enzymes
Pour améliorer encore un peu plus l’environnement où se produit la réaction chimique, l’équipe a été en mesure de démontrer que deux enzymes peuvent travailler de concert, l’une pour produire le carburant, tandis que l’autre contrôle l’environnement. De fait, ajouter cette deuxième enzyme a permis d’accélérer les réactions, améliorer l’efficacité du procédé, mais aussi de réduire les sous-produits indésirables.
« Nous nous sommes retrouvés avec le carburant que nous voulions, sans sous-produits, et avec seulement des pertes d’énergie marginales », mentionne le Dr Sam Cobb, l’un des auteurs de l’étude. « En nous inspirant du monde de la biologie, cela nous aidera à développer de meilleurs systèmes de catalyseurs synthétiques, ce qui est nécessaire si nous voulons déployer l’électrolyse du CO2 à grande échelle. »
Aux yeux du professeur Erwin Reisner, « l’électrolyse a un grand rôle à jouer pour réduire les émissions carbone. Plutôt que de capter et stocker le CO2, ce qui est extrêmement énergivore, nous avons démontré l’existence d’un nouveau concept pour capter le carbone et en faire quelque chose d’utile, le tout en étant écoénergétique ».
Selon les chercheurs, le secret d’une électrolyse plus efficace du CO2 se trouve du côté des catalyseurs; leur déclinaison artificielle s’est améliorée avec les années, mais n’est pas encore aussi efficace que les enzymes.
« Une fois que vous réussissez à produire de meilleurs catalyseurs, la plupart des problèmes liés à l’électrolyse du CO2 disparaissent », a indiqué le Dr Cobb. « Nous démontrons à la communauté scientifique qu’une fois que nous pouvons produire les catalyseurs du futur, nous serons en mesure de faire abstraction de plusieurs compromis contemporains, puisque ce que nous apprenons à propos des enzymes peut être appliqué aux catalyseurs artificiels. »
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