Des couches minces de nanoparticules d’argent de 10 nanomètres ont été démontrées comme capables d’améliorer la production de monoxyde de carbone (CO) à partir de l’électrolyse du dioxyde de carbone (CO₂). Dans le cadre du projet GreenQUEST, une équipe internationale dirigée par le chimiste Prashanth Menezes, de l’HZB, a étudié des couches de catalyseurs composées de nanoparticules d’argent, en faisant varier à la fois la taille et la densité des particules. Leurs travaux, publiés dans la revue Advanced Functional Materials, ont révélé que le meilleur rendement était obtenu avec des nanoparticules faiblement distribuées, d’un diamètre d’environ 10 nm. L’équipe a également montré que l’ajout d’une réaction chimique à l’anode peut améliorer l’efficacité économique de la cellule électrochimique, permettant la production simultanée d’acide formique, d’hydrogène et de CO dans un seul dispositif. Le gaz à effet de serre CO₂ peut être réduit par électrolyse en CO à l’aide d’énergie électrique. Lors d’étapes ultérieures, le CO et le H₂ générés par des procédés électrochimiques forment un gaz de synthèse, qui est converti en éther diméthylique (dimethyl ether ou DME), puis transformé catalytiquement en gLFG vert, composé principalement de propane (C₃H₈) et de butane (C₄H₁₀). Si l’énergie électrique nécessaire à l’électrolyse provient de sources solaires ou éoliennes, cette technologie peut être considérée comme neutre en carbone, car le CO₂ est recyclé. Des équipes de l’HZB collaborent avec des institutions partenaires en Afrique du Sud sur cette technologie dans le cadre du projet GreenQUEST. Leur objectif est de développer un carburant de cuisson « vert » abordable et durable (gLFG) comme alternative plus propre aux combustibles traditionnels à base de biomasse, en particulier dans les régions rurales d’Afrique du Sud où le bois de chauffage reste une source d’énergie domestique importante. Une équipe dirigée par Menezes à l’HZB a maintenant démontré une méthode pour améliorer l’efficacité et la rentabilité de la réduction électrolytique du CO₂ en CO. Les chercheurs ont systématiquement étudié des couches de catalyseurs composées de nanoparticules d’argent, en faisant varier à la fois la taille des particules et leur densité sur un matériau en poudre de carbone qui recouvre l’électrode en carbone. « Nous savions déjà que des nanoparticules trop petites favorisent l’évolution d’hydrogène, ce qui réduit le rendement en monoxyde de carbone. À l’inverse, des nanoparticules trop grandes sont moins actives sur le plan catalytique. Nous voulions identifier le juste équilibre », explique le Dr. Niklas Hausmann, co-auteur de l’étude. L’étude montre que le meilleur rendement a été obtenu avec des nanoparticules d’un diamètre d’environ 10 nm, faiblement distribuées sur le matériau carboné (0,2 mg par centimètre carré d’électrode). Alors que le dioxyde de carbone est réduit en monoxyde de carbone à la cathode, une réaction de dégagement d’oxygène se produit normalement à l’anode. Cette réaction consomme beaucoup d’énergie, qui doit être fournie par l’électricité, et ne produit que de l’oxygène, sans valeur économique. L’équipe a maintenant démontré que l’ajout d’aldéhydes à l’électrolyte peut remplacer la réaction de dégagement d’oxygène par une réaction d’oxydation des aldéhydes. Cela réduit la consommation d’énergie du processus global de plus de 30 %. En outre, au lieu d’oxygène, de l’hydrogène utile et des acides carboxyliques valorisables, comme l’acide formique, sont produits. Le catalyseur optimisé à base de nanoparticules d’argent a affiché une efficacité de Faraday de près de 100 % pour la production de CO pendant plus de 100 heures. Des analyses par spectroscopie de photoélectrons X ont confirmé que la structure électronique et chimique des particules d’argent actives reste largement stable pendant le fonctionnement. « Si nous combinons la production de CO avec la génération d’hydrogène et la formation simultanée d’autres produits chimiques à valeur ajoutée, comme l’acide formique, nous pouvons améliorer la valeur globale du processus électrochimique. Le CO et l’hydrogène peuvent servir de blocs de construction pour la production ultérieure de carburants et de produits chimiques durables », déclare Menezes. Détails de la publication : Venkata S. R. K. Tandava et al, Decoupling the Size and Loading Effects in Silver Nanoparticles for Efficient Paired Carbon Dioxide and Formaldehyde Electrolysis, Advanced Functional Materials (2026). DOI : 10.1002/adfm.78365.