Le dioxyde de carbone peut être utilisé à la fois comme utilitaire pour améliorer la chimie et comme matière première pour la production de produits chimiques utiles.
À l’ère moderne, le carbone joue un rôle essentiel, car il est à la base de nombreux aspects de notre société. Cependant, le paradoxe réside dans le fait que si le carbone est essentiel à notre progrès, il représente également une menace importante pour la survie de l’humanité.
Les ressources en carbone comprennent à la fois des formes non renouvelables et renouvelables. Les combustibles fossiles et les sources de carbone non renouvelables ont posé des défis considérables. Le dioxyde de carbone (CO2) est un acteur clé du cycle naturel du carbone, essentiel à la photosynthèse et à la production de biomasse. Néanmoins, l’expansion rapide de l’industrie chimique a entraîné des émissions de CO2 alarmantes.
Non toxique et renouvelable
À l’heure actuelle, l’utilisation de combustibles fossiles émet 40 milliards de tonnes de CO2 par an, ce qui porte les niveaux de CO2 dans l’atmosphère à plus de 400 ppm. Ce déséquilibre perturbe les cycles naturels du carbone et entraîne toute une série de problèmes. C’est pourquoi la question du CO2 a fait l’objet d’une attention particulière.
Le CO2, connu pour sa nature non toxique, son accessibilité et son caractère renouvelable, offre diverses applications en raison de ses propriétés uniques à différents niveaux de température et de pression. Le CO2 supercritique, dont la viscosité est comparable à celle d’un gaz et la densité à celle d’un liquide, est particulièrement remarquable pour sa polyvalence.
Un solvant unique pour l’extraction
Le CO2 supercritique trouve son utilité dans divers secteurs, notamment en tant que solvant d’extraction. Cette méthode d’extraction présente les avantages de la distillation et de l’extraction courante, ce qui permet d’améliorer la pureté des composants. Elle s’avère particulièrement précieuse pour l’extraction d’huiles essentielles, de parfums, de caféine, etc. En outre, elle facilite la régénération des catalyseurs et offre des avantages environnementaux en ne laissant aucun résidu solide.
Le CO2 supercritique étend ses applications au nettoyage de l’électronique, à la teinture des fils, au séchage des aérogels et au traitement des matériaux. Les réactions chimiques dans cet état possèdent des attributs uniques, facilités par l’amélioration du transfert de masse et de chaleur, permettant d’obtenir des produits comme la cyclohexanone avec une grande sélectivité.
Matière première verte pour le carbone
Si l’utilisation physique du CO2 ne permet pas de résoudre le problème des émissions, la transformation chimique du CO2 gagne du terrain. En tant que matière première verte, le CO2 contribue à la production d’urée, d’acide salicylique et de carbonate. La conversion du CO2 par catalyse thermique, photocatalyse et électrocatalyse offre des possibilités de chimie durable, mais des défis subsistent en termes d’énergie et d’efficacité des catalyseurs.
Les voies électrocatalytiques et photocatalytiques font appel à l’électricité renouvelable et à la lumière du soleil, respectivement. Les efforts visant à imiter la photosynthèse naturelle pour la transformation du CO2 ont pour but d’obtenir des catalyseurs plus efficaces et plus rentables. La minéralisation du CO2 par l’intermédiaire d’ions métalliques constitue une autre voie, qui permet de réaffecter les déchets industriels à la récupération du CO2 à grande échelle.
En conclusion, l’ère du carbone présente à la fois des avantages et des défis. Les ressources en carbone sont l’épine dorsale de nos sociétés modernes, mais les émissions excessives de CO2 mettent en danger notre environnement. Si les applications innovantes du CO2, en particulier à l’état supercritique, offrent diverses solutions, il est impératif de s’attaquer aux émissions de CO2 par le biais de la transformation chimique pour assurer un avenir durable. Le potentiel de l’utilisation du CO2 en tant que matière première verte et son rôle dans les industries en évolution soulignent son importance dans la marche vers un monde plus durable.
Zhimin Liu, Institut de chimie, Académie chinoise des sciences
