A la recherche de nouveaux moyens durables pour produire de l'énergie, les scientifiques imaginent des procédés innovants pour recycler ce CO2 en carburant ou en brique de synthèse pour des composés organiques d'intérêt, par exemple pharmaceutiques.
Les chimistes sont en première ligne face à cette problématique, car le recyclage de la molécule de CO2 dans sa forme initiale en un carburant riche en énergie passe d'abord par un processus très énergivore qui consiste à casser les liaisons O=C=O. Afin de concevoir des catalyseurs efficaces, les scientifiques s'inspirent de la nature qui compte plusieurs enzymes capables de transformer le CO2 à grand échelle. Par exemple, le monoxyde de carbone déshydrogénase réduit réversiblement le CO2 en CO grâce à l'intervention du site actif métallique de cette enzyme.
Les chercheurs du CEA-Joliot, en collaboration avec les Universités de Paris Sud et Rennes 1, se sont inspirés de ce site actif naturel et ont utilisé un catalyseur de type porphyrine de fer[1] qu'ils ont modifié en y introduisant des fonctions urée, sortes de piliers moléculaires pourvoyeurs de liaisons hydrogène pour immobiliser le CO2 sur le centre métallique, un peu comme dans l'enzyme naturelle (voir figure). Les résultats sont très prometteurs puisque :
- l'énergie nécessaire au transfert de deux électrons et deux protons pour transformer le CO2 en CO est significativement plus basse ;
- la vitesse de capture du CO2 est augmentée ;
- comme dans l'enzyme, les molécules d'eau piégées entre les « piliers » urée jouent le rôle de source de protons pour la réduction du CO2, évitant ainsi l'utilisation de donneurs de protons sacrificiels.
Cette étude offre de nouvelles perspectives pour le développement de catalyseurs moléculaires de la réduction du CO2 plus efficaces et moins couteux en énergie.
Représentation du site actif de l'enzyme monoxyde de carbone déshydrogénase (gauche) et son modèle biomimétique de type porphyrine de fer modifiée (droite) comme catalyseur pour une transformation plus efficace du CO2 en CO. © Gotico/CEA
[1] Une porphyrine de fer est une molécule à structure macrocyclique, comme l'hème de l'hémoglobine qui sert à fixer le dioxygène dans les globules rouges