Photo : Jing-Tan Han ; (Hui Su) © Lida Tan ; (Chao-Jun Li) © Studio Magenta
Un catalyseur permet de transformer deux importants gaz à effet de serre en ingrédients utiles pour l’industrie.
De grandes bouteilles de gaz, de petits flacons de verre, toutes sortes de poudres et une lampe. C’est l’essentiel de l’équipement avec lequel ont travaillé Jing-Tan Han et Hui Su. Respectivement doctorant et post-doctorante au laboratoire de Chao-Jun Li, professeur spécialisé en chimie verte à l’Université McGill, ils avaient pour mission de convertir le méthane et le dioxyde de carbone, deux gaz à effet de serre, en produits à haute valeur commerciale.
« Il existait déjà des procédés industriels pour transformer ces gaz, explique le professeur, mais ils ne fonctionnent qu’à haute température ou génèrent des composés de faible valeur. » Plutôt que de s’attaquer aux deux polluants séparément, l’équipe a tenté de les combiner en une seule étape.
Des recherches précédentes avaient montré que certains catalyseurs pouvaient, en présence de lumière, briser les molécules de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2) pour permettre à leurs atomes de se recombiner autrement.
Pendant des mois, les deux chimistes ont testé des dizaines de photo-catalyseurs différents. Le duo en déposait quelques milligrammes dans un tout petit flacon de verre, le scellait de manière hermétique, injectait du méthane et du dioxyde de carbone, exposait le tout à la lumière pour déclencher la réaction chimique, puis analysait les produits obtenus.
C’est finalement un mélange à base d’or, de palladium et de nitrure de gallium qui a permis de crier victoire. Il ne fait pas partie des produits réactifs [ou molécules réactives], mais il facilite la réaction en offrant une surface « activatrice », à laquelle se fixent les molécules des deux gaz. L’exposition à la lumière arrache un atome d’oxygène à la molécule de CO2. Cet atome se greffe à la molécule de méthane (CH4). Se forment ainsi du méthanol (CH3OH) et du monoxyde de carbone (CO), deux intrants très utilisés dans l’industrie chimique. Tout cela, à température et à pression ambiantes, et sans générer de sous-produits indésirables ! Les détails ont été publiés en juillet 2024 dans Nature Communications.
Pour le moment, la réaction a été testée à petite échelle. Compte tenu du coût élevé des métaux catalyseurs, sera-t-elle rentable ? Chao-Jun Li se fait rassurant : « Une petite quantité de catalyseur suffit et peut être utilisée maintes et maintes fois. » « Même après 100 heures de tests, nous n’avons constaté aucune diminution significative dans l’activité du catalyseur », confirme Jing-Tan Han.
Une entreprise fondée par Chao-Jun Li, CataLum, s’occupera d’amener le processus à une échelle commerciale. Même si l’équipe a utilisé des gaz purifiés pour mener ses tests, la méthode devrait fonctionner aussi sur des mélanges de gaz, par exemple ceux qui sont générés dans l’industrie du pétrole ou ceux qui s’échappent des sites d’enfouissement. Enfin, on pourrait à terme utiliser le Soleil – plutôt qu’une lampe – comme source lumineuse ! 
Ont aussi participé à cette découverte : Botong Miao et Mahdi Salehi (Université McGill).
L’avis du jury
Dans un contexte où l’on cherche par tous les moyens à se débarrasser des excès de CO2, cette approche de chimie verte non énergivore, qui rappelle la photosynthèse naturelle, est particulièrement inspirante.
