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CEA: du méthanol à partir de CO2 en passant par l’acide formique

Des chercheurs du CEA sont parvenus  à produire du méthanol à partir d’acide formique avec un rendement de 50%,  bien supérieur aux rendements de 2% atteints jusqu’à présent.

L’acide formique, produit dans la nature par les fourmis, se révèle chaque mois être une substance prometteuse pour stocker à la fois l’hydrogène et le CO2.

C’est que ce montrent les résultats de travaux de chercheurs de l’IRASMIS Pour obtenir ce résultat, les chercheurs ont développé un modèle de catalyse à base de ruthénium, un métal dix fois moins coûteux que l’iridium  utilisé jusqu’à présent pour la formation de méthanol. Aujourd’hui, la production de méthanol constitue une stratégie prometteuse pour la fabrication de carburant à partir de ressources renouvelables (CO2) et d’énergie décarbonée. Ces résultats sont publiés en ligne le 2 août dans la revue Angewandte Chemie.
Utilisable dans les piles à combustible à convertisseur intégré comme dans les moteurs à combustion, le méthanol pourrait fournir la clé d’une production de carburant à haute densité énergétique, à partir de ressources renouvelables. Il peut être formé à partir de la réduction à six électrons d’une matière carbonée renouvelable, le CO2.

Cependant les catalyseurs existant pour la transformation directe (électrolyse) du CO2 en méthanol ne sont ni efficaces ni sélectifs et l’hydrogénation du CO2 pose des problèmes liés à l’utilisation de hautes pressions.

La réduction à deux électrons du CO2 vers l’acide formique est efficace et bien maîtrisée. Une alternative pour convertir le CO2 en méthanol serait d’utiliser l’acide formique comme relais, à condition d’être ensuite capable de convertir efficacement ce dernier en méthanol.
Les premiers catalyseurs permettant la conversion de l’acide formique en méthanol mis au point par le groupe de K. Goldberg à l’université de Washington repose sur l’utilisation d’un métal particulièrement coûteux, l’iridium, et le méthanol n’est obtenu qu’avec un rendement maximum de 2 %.

Des équipes de l’Iramis au CEA viennent de développer des catalyseurs efficaces à base de ruthénium transformant l’acide formique en méthanol avec un rendement atteignant 50%. De plus, l’utilisation du ruthénium au lieu de l’iridium présente un avantage économique certain, ce métal étant plus de dix fois moins coûteux que l’iridium. Le mécanisme de la réaction a été étudié par une approche duale, expérimentale et théorique, qui a permis de mettre en évidence les intermédiaires réactionnels et les espèces catalytiques impliqués dans la formation du méthanol. Il a ainsi été montré que l’espèce active en catalyse était un complexe hydrure de ruthénium capable de redistribuer efficacement la liaison C–H de l’acide formique. Cette réaction permet de former du méthanol et deux molécules de CO2 à partir de trois molécules d’acide formique. Le bilan carbone total est ainsi favorable puisque trois molécules de CO2 sont nécessaires pour préparer trois molécules d’acide formique.

Références :
S. Savourey, G. Lefèvre, J.C. Berthet, P. Thuéry, C. Genre, T. Cantat, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 02/08/2014. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201405457/abstract

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