Des chercheurs de l'EPFL, de l'Université de Copenhague et de l'Université de Shanghai ont dévoilé un catalyseur en cuivre révolutionnaire capable de convertir le dioxyde de carbone en acétaldéhyde, un composé essentiel dans la fabrication. Ce développement offre une alternative durable aux méthodes traditionnelles basées sur les combustibles fossiles.
L'acétaldéhyde, essentiel dans des produits allant des parfums aux plastiques, est principalement produit par le processus Wacker, qui repose sur l'éthylène dérivé de la pétrochimie. Alors que les préoccupations environnementales augmentent, l'industrie chimique recherche de plus en plus des méthodes de production plus écologiques.
Le processus Wacker, établi il y a plus de six décennies, est gourmand en ressources et a une empreinte carbone significative. Le nouveau catalyseur répond à ces défis en facilitant la réduction électrochimique du CO2, qui réduit non seulement les émissions de gaz à effet de serre, mais génère également des produits chimiques précieux.
Sous la direction de Cedric David Koolen, l'équipe de recherche a développé un catalyseur en cuivre qui atteint une sélectivité impressionnante de 92% pour l'acétaldéhyde. Cette innovation, détaillée dans Nature Synthesis, pourrait potentiellement remplacer le processus Wacker obsolète, offrant une solution évolutive et rentable pour les applications industrielles.
Koolen a déclaré : "Le processus Wacker n'a pratiquement pas changé au cours des 60 dernières années. Il repose toujours sur la même chimie de base. Le moment était venu pour une percée verte." La recherche a impliqué la synthèse de minuscules clusters de cuivre, d'environ 1,6 nanomètre de taille, en utilisant une méthode appelée ablation par étincelles, qui permet un contrôle précis de la taille des particules.
Les expériences de l'équipe ont démontré que les clusters de cuivre maintenaient une haute efficacité et stabilité lors des réactions électrochimiques, atteignant une sélectivité pour l'acétaldéhyde à faible tension. Cette efficacité est cruciale pour la conservation de l'énergie.
La co-auteur Wen Luo a noté : "Ce qui nous a vraiment surpris, c'est que le cuivre est resté métallique, même après la suppression du potentiel et l'exposition à l'air," soulignant la recyclabilité du catalyseur grâce à une coque d'oxyde qui protège le noyau de l'oxydation.
Des simulations computationnelles ont révélé que la configuration atomique unique des clusters de cuivre favorise les transformations chimiques souhaitées. La co-auteur Jack K. Pedersen a souligné la polyvalence de cette approche, déclarant : "Ce qui est formidable avec notre processus, c'est qu'il peut être appliqué à tout autre système de catalyseurs." Ce cadre permet un dépistage rapide de nouveaux matériaux pour la réduction du CO2 ou l'électrolyse de l'eau.
Ce catalyseur en cuivre représente une avancée significative dans la chimie industrielle durable. S'il est adopté à plus grande échelle, il pourrait réduire la dépendance aux produits pétrochimiques et diminuer les émissions de CO2, avec le potentiel d'impacter divers secteurs, y compris la pharmacie et l'agriculture.