Les chercheurs ont découvert que le manganèse, un métal abondant et peu coûteux, peut convertir efficacement le dioxyde de carbone en formiate, une source potentielle d’hydrogène pour les piles à combustible. La clé a été une ingénieuse refonte qui permet au catalyseur de fonctionner beaucoup plus longtemps que d’autres matériaux similaires à faible coût. Étonnamment, le catalyseur de manganèse amélioré surpasse même de nombreux catalyseurs à base de métaux précieux. Cette découverte pourrait permettre de transformer les gaz à effet de serre en ingrédients pour une énergie propre.
Nouvelle recherche
Les scientifiques ont trouvé une méthode peu coûteuse pour convertir le dioxyde de carbone en un précurseur précieux d’énergie propre en utilisant le manganèse, un élément commun.
Une nouvelle étude de scientifiques des universités de Yale et du Missouri montre que les catalyseurs à base de manganèse peuvent convertir efficacement le dioxyde de carbone en formiate. Le manganèse est abondant et bon marché, ce qui en fait un substitut idéal aux métaux coûteux. Le formiate est considéré comme un matériau prometteur pour le stockage de l’hydrogène et pourrait alimenter la prochaine génération de piles à combustible. La recherche a été publiée dans la revue Chem.
Pourquoi les piles à combustible à hydrogène sont importantes
Les piles à combustible à hydrogène fonctionnent de manière similaire aux batteries, convertissant l’énergie chimique de l’hydrogène en électricité. Bien que cette technologie soit prometteuse pour l’énergie propre, son adoption généralisée est limitée par la difficulté et le coût élevé de produire et de stocker l’hydrogène de manière efficace.
« L’utilisation du CO₂ est désormais une priorité, car nous recherchons des matières premières chimiques renouvelables pour remplacer celles dérivées des combustibles fossiles« , a déclaré Hazari, professeur de chimie John Randolph Hoffman et directeur du département de chimie de la Faculté des Arts et des Sciences de Yale (FAS).
Le formiate comme porteur d’hydrogène
L’acide formique, la forme protonée du formiate, est actuellement produit à échelle industrielle. Il est couramment utilisé comme conservateur, agent antibactérien et tannant pour le cuir. De nombreux scientifiques croient que, s’il pouvait être produit de manière durable et efficace, l’acide formique pourrait également servir de source pratique d’hydrogène pour les piles à combustible.
Actuellement, la majeure partie de la production industrielle de formiate dépend des combustibles fossiles, ce qui limite ses bénéfices environnementaux à long terme. Les chercheurs affirment qu’une alternative plus propre serait de produire du formiate directement à partir du dioxyde de carbone de l’air. Cette approche réduirait les émissions de gaz à effet de serre et générerait des produits chimiques utiles.
Le défi des catalyseurs
Convertir le dioxyde de carbone en formiate nécessite un catalyseur, ce qui a constitué un obstacle majeur. Beaucoup des catalyseurs les plus efficaces développés jusqu’à présent dépendent de métaux précieux, qui sont coûteux, rares et souvent toxiques. Les métaux plus abondants ont tendance à se décomposer, ce qui réduit leur capacité à catalyser la réaction chimique.
Comment le manganèse a dépassé les attentes
L’équipe de recherche a développé une nouvelle stratégie pour surmonter ce problème. En repensant la structure du catalyseur, ils ont réussi à augmenter significativement la durée de vie des catalyseurs à base de manganèse. En conséquence, ces catalyseurs ont surpassé la plupart des catalyseurs à base de métaux précieux.
Les chercheurs disent que l’amélioration clé a été l’ajout d’un atome donneur supplémentaire dans la conception du ligand (les ligands sont des atomes ou des molécules qui se lient à l’atome métallique et influencent sa réactivité). Ce changement aide à stabiliser le catalyseur et à maintenir son efficacité.
