Transformer les déchets de dioxyde de carbone en blocs de construction de carbone
Non seulement les combustibles fossiles sont une ressource limitée, mais leur utilisation produit souvent des émissions de dioxyde de carbone (CO2) à l’origine du changement climatique. Ces deux facteurs soulèvent de nouveaux défis pour l’industrie de la chimie organique, qui dépend des combustibles fossiles comme matériaux pour ses processus industriels. Même si le CO2 peut être recyclé sous forme de bloc de construction en carbone afin de générer des produits chimiques organiques, comme déchet, ce CO2 est difficile à transformer sur le plan thermodynamique et cinétique. Avant de pouvoir utiliser le CO2 recyclé comme matière première, il est nécessaire de mettre en place un processus de conversion facile à utiliser, et c’est exactement l’objectif que s’est fixé le projet CO2Recycling (A Diagonal Approach to CO2 Recycling to Fine Chemicals), financé par l’UE. En tirant parti de l’approche dite «diagonale», le projet a conçu des transformations catalytiques innovantes où l’on fait réagir le CO2 en une seule étape. À l’aide d’un réactif fonctionnalisant (une substance ou un composé ajouté à un système pour provoquer une réaction chimique) et d’un agent réducteur pouvant être modifiés de manière indépendante, le processus produit un vaste éventail de molécules. «Le processus de CO2Recycling permet d’utiliser du CO2 pour la synthèse d’amines, d’esters et d’amides, alors que ces derniers étaient auparavant obtenus à partir de combustibles fossiles», explique Thibault Cantat, coordinateur du projet CO2Recycling. «Ces matériaux peuvent ensuite être utilisés comme matières premières pour la production d’importantes molécules telles que les méthylamines, l’acrylamide et l’acide methyladipique.»
Comprendre la transformation du CO2
En utilisant des catalyseurs moléculaires pour activer le CO2 et/ou des agents réducteurs appropriés (hydrosilanes, hydroboranes, acide formique), les chercheurs ont découvert de nouvelles transformations catalytiques, lors desquelles, pour la première fois, le CO2 a été transformé en méthylamines. Les chercheurs sont également parvenus à démontrer qu’il était possible de former des esters et des polyesters à partir de la réaction entre le CO2 et des organosilanes. En outre, afin de créer de l’urée, des acides carboxyliques et du méthanol, le projet a dévoilé une transformation qui n’était possible auparavant qu’en utilisant des produits pétrochimiques. Selon M. Cantat, ces résultats ont renforcé notre compréhension de l’activation et de la transformation du CO2 et ont fourni des informations précieuses sur les modes d’action fondamentaux des organocatalyseurs dans la chimie de réduction. «Le projet CO2Recycling a prouvé que l’approche diagonale est une stratégie générale permettant de préparer efficacement des produits chimiques fonctionnels à partir du CO2», explique M. Cantat. «Les résultats sont facilement transposables et possèdent de nombreuses applications pratiques. Par exemple, les produits chimiques fondamentaux, comme les méthylamines, les esters et les aldéhydes, ont déjà été obtenus à l’aide de CO2.»
Une industrie chimique durable
Le projet CO2Recycling a entraîné le dépôt de 12 brevets relatifs à la conversion du CO2 et, indirectement, à la production de dihydrogène et à la conversion du monoxyde de carbone. Le projet a également dispensé une formation à plusieurs jeunes chercheurs, sept étudiants postdoctoraux et doctorants ayant désormais entamé leurs carrières universitaires comme professeurs et chercheurs. Cependant, CO2Recycling n’était que le point de départ d’un programme de recherche de longue durée visant à relever des défis scientifiques concernant l’utilisation de matières premières renouvelables à base de carbone (CO2, biomasse et déchets plastiques) pour améliorer la viabilité de l’industrie chimique. «Je suis heureux que ce projet ait jeté les bases à partir desquelles nous pouvons continuer à explorer cette vision et que nos travaux puissent désormais se poursuivre grâce au soutien d’une subvention de consolidation du CER», ajoute M. Cantat.
Mots‑clés
CO2Recycling, CO2, carbone, recyclage, industrie chimique, combustibles fossiles, changement climatique, chimie organique, produits pétrochimiques
