Technologies chimiques émergentes pour la valorisation du CO2

Le deuxième cours s’attache à donner une vision générale des différentes directions de recherche actuelles concernant l’exploitation du CO2 pour la synthèse de molécules carbonées utiles. Cela passe d’abord par la connaissance de la réactivité fondamentale de la molécule de CO2 et par les mécanismes employés par les catalyseurs métalliques pour diminuer la barrière d’activation associée à son utilisation en chimie. En s’associant à un ion métallique (M) qui modifie ses propriétés électroniques, la molécule de CO2 peut être activée pour réagir avec des substrats eux-mêmes également activés par interaction avec le catalyseur. Son insertion dans des liaisons M-H conduit à l’acide formique, dans des liaisons M-C à des acides carboxyliques et dans des liaisons M-O à des carbonates. La réaction du CO2 avec des époxydes, par exemple, est intéressante dans le sens où elle conduit à des polymères, polycarbonates, qui ont des applications très intéressantes pour l’industrie chimique.

Un autre domaine, faisant aujourd’hui l’objet de recherches actives, est celui de la réduction du CO2 qui est brièvement décrite car elle fait l’objet de cours spécifiques. Il peut s’agir de l’électroréduction, de la photoréduction ou de l’hydrogénation du CO2. Dans toutes ces réactions, le processus conduit à un stockage de l’énergie électrique ou de l’énergie solaire sous forme d’énergie chimique, à travers la formation de produits carbonés riches en énergie (CO, acide formique, méthanol...) qui peuvent être utilisés ensuite comme carburants ou source de carbone pour l’industrie chimique. Cela fournit l’occasion d’introduire la notion de photosynthèse artificielle qui fera l’objet d’un cours spécifique.

Enfin, l’occasion est donnée de parler un peu de la photosynthèse naturelle qui est également exploitée technologiquement à travers l’utilisation de microorganismes photosynthétiques, comme les cyanobactéries ou les microalgues, pour la production de bioéthanol et de biodiésel, biocarburants dits de « troisième génération ». Les avantages et les inconvénients des différents types de biocarburants sont discutés.