Des catalyseurs métalliques liquides pour capturer le CO2 de l’air

Posté le 6 janvier 2020
par Arnaud Moign dans Chimie et Biotech

Des chercheurs australiens utilisent des alliages eutectiques à base d’étain, de gallium, de bismuth et d’indium pour concevoir des catalyseurs permettant la capture du CO2 atmosphérique. En plus d’être simple à mettre en oeuvre, la méthode proposée a l’avantage d’être économique et peu énergivore.

Dans une étude publiée dans le journal Nature Communications, l’équipe du professeur Kalantar-Zadeh de l’University of New South Wales (Sydney, Australie) a démontré l’efficacité des alliages eutectiques Bi-Sn dans la réduction électrochimique du CO2 et la photocatalyse.

Une recette étonnamment simple

Les alliages eutectiques dont il est question ici ont la particularité de fondre à des températures inférieures à 300°C. Ainsi, un alliage composé à 57 % de bismuth et à 43 % d’étain fond à 139 °C alors que l’étain et le bismuth métallique, pris séparément, ont chacun un point de fusion autour de 200 °C.

Afin de prouver sa simplicité de mise en œuvre, le professeur Kalantar-Zadeh décrit le procédé de fabrication d’un tel catalyseur à la manière d’une recette de cuisine.

Mettre l’alliage eutectique dans une casserole, sur feu vif.
Une fois le métal fondu, le placer dans une bouteille contenant de l’eau et refermer le bouchon.
Secouer la bouteille pour former des gouttelettes de métal liquide, non miscibles dans l’eau (même phénomène qu’en secouant une bouteille de vinaigrette).
Laisser les gouttelettes se solidifier en une poudre utilisable en tant que catalyseur.

Bien entendu, cette description simpliste est donnée à titre d’illustration. Les travaux de cette équipe de chercheurs vont beaucoup plus loin. Ils ont ainsi utilisé un générateur à ultrasons à haute température afin de fractionner les alliages solides en nano-alliages. Un refroidissement à l’azote liquide permet d’obtenir un nano-alliage en suspension (par exemple BixSn1–x) qui doit être lavé et séché. Ensuite, deux solutions sont possibles : soit le nano-alliage est employé pour la réduction électrochimique du CO2, soit il subit une étape d’oxydation, auquel cas il peut être utilisé pour la dégradation photocatalytique (d’un composé organique ou d’un pesticide par exemple).

Des métaux lourds à la toxicité faible

Les métaux constituant ces alliages catalyseurs ont la particularité d’être peu dangereux, par rapport à d’autres métaux lourds. En effet, l’étain (Sn) sous forme métallique n’est pas toxique : il est d’ailleurs utilisé en contact alimentaire depuis l’antiquité. Par ailleurs, bien que les propriétés du bismuth soient similaires à celles du plomb, sous sa forme métallique, le bismuth (Bi) est réputé être le moins toxique des métaux lourds*. Le gallium (Ga) métallique, lui, est considéré comme faiblement toxique même s’il est corrosif pour la peau et les muqueuses.

Une méthode économique

Ces métaux ont l’avantage d’être couramment employés dans l’industrie, ce qui fait baisser leur coût et les rend facilement disponibles à peu près partout. Le procédé présenté par l’équipe du professeur Kalantar-Zadeh est donc une méthode de dépollution simple, économique et efficace, dont l’industrialisation ne posera probablement pas de problème majeur.

En attendant, leurs travaux de recherche sur les liquides métalliques se poursuivent : ils seront ainsi financés par l’Australian Research Council pour les quatre prochaines années.

* La toxicité du gallium et du bismuth a été jusqu’ici peu étudiée, il est donc probable que l’ensemble de leurs effets sur la santé (et l’environnement) ne sont pas encore connus.

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