Des chercheurs du MIT ont mis au point un électrode innovant qui optimise la conversion de CO2 en matériaux essentiels, ouvrant la voie à des applications industrielles prometteuses. Cette avancée scientifique, alliant hydrophobie et conductivité, pourrait révolutionner la production de substances chimiques de grande valeur, tel que l’éthylène.
Des chercheurs du MIT ont créé un nouvel électrode qui améliore les systèmes électrochimiques de conversion de CO2 en matériaux essentiels. Cette innovation, décrite dans Nature Communications par le doctorant du MIT Simon Rufer, le Professeur Kripa Varanasi et leurs collaborateurs, vise à rendre ces systèmes plus pratiques pour des applications industrielles.
Transformer le CO2 en éthylène et plus encore
Le travail de l’équipe du MIT se concentre sur la conversion de CO2 en éthylène, un produit chimique polyvalent normalement utilisé pour produire des plastiques et des carburants. Ce processus a le potentiel de générer d’autres produits chimiques de grande valeur, y compris le méthane, le méthanol et le monoxyde de carbone. Rien que l’éthylène est évalué à environ 1000 dollars par tonne, ce qui rend sa production économiquement attrayante.
La méthode de l’équipe repose sur un processus électrochimique à base d’eau, utilisant un catalyseur sur un électrode de diffusion de gaz. Ces électrodes doivent trouver un équilibre entre deux propriétés : la conductivité et l’hydrophobicité (résistance à l’eau).
Alors que la conductivité améliore le flux d’électrons, une augmentation de l’hydrophobicité réduit l’interférence de la solution à base d’eau. Cependant, l’équilibre de ces propriétés est un défi – l’augmentation de l’une compromet souvent l’autre.
Conception innovante utilisant du PTFE infusé de cuivre
La solution du MIT intègre le politétrafluoroéthylène (PTFE), également connu sous le nom de Teflon, en raison de ses excellentes propriétés hydrophobes. Étant donné que le PTFE n’est pas conducteur, l’équipe a incorporé des fils de cuivre dans une fine couche de PTFE pour créer des « autoroutes » pour le mouvement des électrons. Cette addition permet une conductivité efficace à travers le matériau sans sacrifier sa nature hydrophobe, facilitant un processus de conversion plus efficace.
Pour prouver la scalabilité, l’équipe a créé une feuille dix fois plus grande que les échantillons traditionnels de laboratoire, réalisant des tests exhaustifs pour évaluer la performance et les exigences énergétiques. Les résultats ont montré que la conductivité diminuait avec l’augmentation de la taille de l’électrode, soulignant la nécessité de matériaux conducteurs intégrés pour des applications à l’échelle industrielle.
Les chercheurs ont également développé un modèle prédisant comment la tension et la distribution des produits varient au sein d’électrodes plus grandes, leur permettant de déterminer le placement idéal des fils de cuivre pour réduire la perte de conductivité. En intégrant le cuivre dans le PTFE, ils ont subdivisé l’électrode en sections conductrices plus petites, ce qui maintient l’efficacité même à des échelles plus grandes.
Pour démontrer la durabilité, l’équipe du MIT a utilisé un électrode de test pendant 75 heures, observant une dégradation minimale de la performance. Ce design a le potentiel de rendre les systèmes de conversion de CO2 viables pour un usage industriel.