molécules C1

Produire des molécules C1 à partir de ressources renouvelables

Dossier : La ChimieMagazine N°749 Novembre 2019Par Thibault CANTAT (D2007)Par Emmanuel NICOLAS (2006)Par Arnaud IMBERDIS

Notre socié­té s’est consi­dé­ra­ble­ment déve­lop­pée grâce à l’utilisation des res­sources fos­siles, en par­ti­cu­lier dans le domaine de l’énergie et de l’industrie chi­mique. Cet usage mas­sif pro­voque un dérè­gle­ment du cycle natu­rel du car­bone par l’accumulation dans l’atmosphère de 37 Gt de CO2 anthro­po­gé­nique annuelles. Pour enrayer le réchauf­fe­ment du cli­mat qui en résulte, une des solu­tions envi­sa­gées consiste à aban­don­ner pro­gres­si­ve­ment les hydro­car­bures fos­siles au pro­fit de res­sources éner­gé­tiques renou­ve­lables (EnR).

Des pro­duits car­bo­nés de syn­thèse per­met­traient de rendre des ser­vices cri­tiques à l’économie, tels que le sto­ckage inter­sai­son­nier des EnR, la pro­duc­tion de car­bu­rants pour le trans­port de longue dis­tance et les pro­duits chi­miques manu­fac­tu­rés. Des molé­cules réac­tives, faci­le­ment syn­thé­ti­sables, et qui peuvent être uti­li­sées comme intrants dans les pro­cé­dés indus­triels exis­tants tels que les com­po­sés C1 devront donc être uti­li­sées pour cou­vrir ces usages. Ils peuvent ser­vir comme car­bu­rants (le métha­nol comme addi­tif à l’essence ou le méthane comme gaz com­bus­tible) ou comme matière pre­mière pour l’industrie chimique.

Comment produit-on les composés C1 ?

Pour pro­duire ces com­po­sés C1, il est néces­saire d’utiliser des tech­niques à faibles émis­sions comme la photo­catalyse ou l’électrocatalyse, qui uti­lisent direc­te­ment des éner­gies renou­ve­lables issues de l’énergie solaire, ou des réac­tions d’hydrogénation uti­li­sant l’hydrogène pro­ve­nant de l’électrolyse de l’eau. Le déve­lop­pe­ment à grande échelle de ces tech­no­lo­gies néces­site un inves­tis­se­ment sur le long terme, conjoint aux efforts actuel­le­ment pla­ni­fiés par les poli­tiques publiques sur la base des accords inter­na­tio­naux (accord de Paris, Cop 24, etc.).

Pour que l’utilisation de ces molé­cules C1 dans la chi­mie indus­trielle devienne cou­rante, deux étapes néces­si­te­ront d’être déve­lop­pées : d’une part la cap­ture du CO2 pro­ve­nant de sources ponc­tuelles (acié­ries, cimen­te­ries), voire de l’air, et d’autre part sa trans­for­ma­tion en d’autres molé­cules C1 en vue de leur uti­li­sa­tion. Cette stra­té­gie néces­site de syn­chro­ni­ser, lors de la trans­for­ma­tion du CO2, la rup­ture de liai­sons stables C=O et C–O avec la for­ma­tion de liai­sons C–H et O–H et elle fait ain­si appel à la cata­lyse, l’ensemble des sciences et tech­no­lo­gies per­met­tant d’accélérer les réac­tions chi­miques tout en abais­sant les tem­pé­ra­tures et pres­sions de tra­vail et assu­rant la for­ma­tion sélec­tive de pro­duits utiles.

Cette der­nière étape pour­rait s’accomplir selon dif­fé­rentes voies : la conver­sion pho­to­chi­mique du CO2 en molé­cules car­bo­nées, mimant la pho­to­syn­thèse, est une pre­mière piste qui a connu des avan­cées récentes telles que la feuille artificielle.

De plus, l’électrolyse du CO2 en CO ou en acide for­mique per­met d’obtenir avec de bonnes effi­ca­ci­tés éner­gé­tiques ces molé­cules par­ti­cu­liè­re­ment ver­sa­tiles pour la chi­mie. Enfin, l’électrolyse de l’eau peut offrir un accès à de l’hydrogène renou­ve­lable, utile pour pro­duire du métha­nol ou du méthane vert à par­tir de CO2. Cette der­nière méthode est déve­lop­pée, par exemple, dans le cadre du pilote Jupiter1000 de GRT­Gaz, en par­te­na­riat avec, entre autres, McPhy (pro­duc­tion d’hydrogène) et le CEA (hydro­gé­na­tion du CO2 en méthane).


REPÈRES

Les com­po­sés C1, comme le méthane (CH4), le monoxyde de car­bone (CO), le métha­nol (CH3OH) ou l’acide for­mique (HCO2H), com­portent un seul atome de car­bone, d’où leur nom, et peuvent être pro­duits à par­tir du CO2.


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