Le CO2 comme carburant ? Catalyst Discovery transforme les émissions en opportunité.

Le méthanol est une matière première essentielle pour une multitude de produits chimiques, notamment les plastiques et les carburants. Il est souvent décrit comme « un précurseur universel pour la production d'une vaste gamme de produits chimiques et de matériaux », en quelque sorte « le couteau suisse de la chimie », comme le souligne Javier Pérez-Ramírez, professeur de génie catalytique à l'ETH Zurich.

Ce liquide joue un rôle clé dans la transition vers une production durable de produits chimiques et de carburants, mais seulement si l'énergie utilisée pour produire l'hydrogène et alimenter la catalyse est générée de manière durable. Dans ce cas, le méthanol peut à terme être produit de façon neutre en carbone, offrant ainsi une solution écologique pour l'utilisation du dioxyde de carbone (CO₂).₂) de l'atmosphère.

Cependant, la production conventionnelle de méthanol est largement non durable, car la grande majorité est produite à partir de combustibles fossiles, ce qui entraîne des émissions élevées de gaz à effet de serre (GES).

Ce ne sera peut-être plus le cas, car des scientifiques de l'ETH Zurich ont mis au point une méthode de synthèse du méthanol qui pourrait constituer la base d'une industrie chimique sans énergies fossiles. (Publié dans Nature) l'étude¹ décrit en détail comment l'alcool liquide peut être produit à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone en utilisant des atomes métalliques individuels comme catalyseurs.

Alors que les scientifiques continuent d'explorer des moyens de rendre les réactions chimiques plus efficaces grâce à l'utilisation de catalyseurs, cette nouvelle méthode mise au point par des chercheurs de l'ETH Zurich pourrait également permettre une utilisation plus économique des métaux rares et coûteux.

En déposant des atomes d'indium isolés sur un support, les chercheurs ont mis au point un catalyseur capable de convertir le CO2.₂ et H₂ en méthanol beaucoup plus efficacement.

Le déséquilibre carbone crée des défis et des opportunités

Dioxyde de carbone (CO₂Le CO₂ est un gaz incolore, inodore et non toxique qui joue un rôle vital dans les systèmes naturels de la Terre. Les plantes utilisent le CO₂.₂ Lors de la photosynthèse, le CO₂ produit des composés riches en énergie et libère de l'oxygène comme sous-produit. Ce processus est essentiel à la survie humaine.₂ Elle participe également au cycle global du carbone, où les atomes de carbone circulent continuellement entre l'atmosphère, la surface de la Terre et les organismes vivants.

Malgré son importance naturelle, le CO₂ Le CO2 agit comme un important gaz à effet de serre. Il retient la chaleur du rayonnement solaire dans l'atmosphère, créant un réchauffement qui maintient des températures propices à la vie. Sans CO2, la Terre serait trop froide pour être habitable. Cependant, des concentrations élevées intensifient ce réchauffement, entraînant le réchauffement climatique et les changements climatiques.

Le carbone circule continuellement à travers de multiples réservoirs : les roches, les sédiments, l'atmosphère et les organismes vivants. Il retourne dans l'atmosphère par la respiration, la décomposition des organismes, les éruptions volcaniques et les incendies. Cependant, les activités humaines perturbent aujourd'hui cet équilibre. Depuis le début de l'industrialisation au début du XIXe siècle, l'aménagement du territoire et la combustion des énergies fossiles ont généré des émissions de carbone bien supérieures à la capacité d'absorption des puits de carbone naturels. Par conséquent, la concentration de CO₂ atmosphérique augmente.₂ Les concentrations ont fortement augmenté et continuent de s'accélérer.

CO mondial₂ Les émissions provenant des combustibles fossiles et de l'industrie ont atteint 38.11 milliards de tonnes métriques (GtCO₂).₂) en 2025, soit une augmentation de plus de 69 % depuis 1990, selon les données de StatesmanLa Chine est la plus gros contributeur à ces émissions mondiales de GES, suivies par les États-Unis.

L'industrialisation et la croissance économique rapide des dernières décennies ont entraîné une augmentation de près de 450 % des émissions de CO₂.₂ Les émissions de ce pays asiatique ont diminué de 6.1 % au cours des trente-cinq dernières années, contre une baisse de 6,1 % aux États-Unis, bien que ce pays nord-américain demeure le plus touché. plus grand pollueur de carbone de l'histoire.

La guerre menée par les États-Unis et Israël contre l'Iran a généré environ 5 millions de tonnes d'émissions de gaz à effet de serre au cours de ses deux premières semaines. Alors que le CO2 mondial₂ Les émissions continuent d'augmenter, et les puits de carbone terrestres et océaniques se sont affaiblis d'environ 15 % au cours de la dernière décennie, selon les Projet Global CarbonBien qu'elle ait découvert le puits de carbone terrestre, le CO2₂ émissions absorbées par les plantes et les sols, pour revenir à leur niveau antérieurEl Niño Un regain de force après deux années exceptionnellement faibles.

Par ailleurs, une étude publiée dans Nature² Il a été constaté que le déclin des puits de carbone a contribué à hauteur d'environ 8 % à l'augmentation du CO₂ atmosphérique.₂ la concentration depuis 1960. L'absorption de dioxyde de carbone a également abaissé le pH de l'océan de 0.1 unité, augmentant son acidité de 30 %.

Ainsi, à mesure que les activités humaines libèrent davantage de CO2₂ Alors que les processus naturels ne peuvent éliminer plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, la quantité de ce gaz continue d'augmenter et atteint de nouveaux records, créant ainsi un besoin urgent de s'attaquer au problème du CO₂.₂ .

L'une des solutions à ce grave problème réside dans la transition énergétique vers les énergies renouvelables. Si l'énergie solaire, éolienne, hydroélectrique, géothermique et la biomasse offrent des perspectives prometteuses, cette transition est un processus lent et de longue haleine, confronté à des investissements initiaux importants, à des besoins en infrastructures considérables et à des défis technologiques.

D'autres solutions consistent à adopter des transports durables, à améliorer l'efficacité énergétique et à éliminer le carbone existant par le reboisement et la gestion des terres.

Ce sont toutes des solutions prometteuses, mais que se passerait-il si nous pouvions capturer le dioxyde de carbone Et si l'on pouvait extraire directement ce gaz à effet de serre de l'environnement et l'utiliser comme matière première ? Ce serait une avancée majeure dans le domaine des technologies climatiques et énergétiques, car cela permettrait non seulement de minimiser le réchauffement climatique, mais aussi de répondre à la forte demande énergétique mondiale.

Plusieurs études ont exploré des moyens de convertir le CO2₂ en carburant. Ce procédé est neutre en carbone car les carburants émettent la même quantité de CO₂.₂ lorsqu'il est brûlé. Ce procédé consiste à capturer le dioxyde de carbone et à utiliser des énergies renouvelables pour le convertir en carburants hydrocarbonés tels que le méthanol, le diesel et l'essence par des méthodes chimiques comme l'hydrogénation catalytique ou la réduction électrochimique.

Le méthanol se distingue comme l'une des voies les plus pratiques et les plus facilement extensibles pour le CO2.₂ son utilisation, grâce à sa compatibilité avec les infrastructures existantes et à sa polyvalence dans différents secteurs d'activité.

Méthanol (CH₃L'hydroxyde d'ammonium (OH) est un alcool incolore, inflammable et hautement toxique, rejeté dans l'environnement lors d'activités industrielles et naturellement par les microbes, la végétation et les gaz volcaniques. En cas d'ingestion ou d'absorption, il présente des risques importants pour la santé, notamment la cécité, une défaillance d'organes ou la mort.

Ce composé chimique liquide est utilisé comme antigel, solvant industriel et matière première pour la fabrication de plastiques, peintures, mousses, résines, produits pharmaceutiques et carburants. Il sert également de vecteur énergétique pour le stockage de l'électricité renouvelable, d'additif dans les carburants conventionnels et de carburant liquide alternatif. Ressource énergétique plus propre, le méthanol alimente les bus, voitures, camions, navires, chaudières et piles à combustible. Il est aussi utilisé pour produire du diméthyléther (DME), un autre carburant renouvelable.

Malgré ses promesses, l'augmentation de la production de méthanol à partir de CO2 reste un défi.₂ Elle reste confrontée à des défis, notamment des besoins énergétiques élevés, la disponibilité de l'hydrogène et la nécessité de catalyseurs économiques. Les recherches en cours progressent rapidement sur ces fronts.

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L'innovation monoatomique permet une production efficace de CO2₂ Conversion

Afin de produire du méthanol à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène, des chercheurs de l'ETH Zurich ont réalisé une avancée dans la recherche sur les catalyseurs.

L'utilisation des catalyseurs remonte à l'Antiquité. Par exemple, la levure de boulangerie contient des catalyseurs naturels (enzymes) qui transforment la farine en pain. Au fil du temps, les progrès réalisés dans le domaine des catalyseurs ont permis la mise au point de plastiques biodégradables, de nouveaux médicaments et de carburants plus respectueux de l'environnement.

Un catalyseur est une substance qui facilite et rend plus efficaces les réactions chimiques. Ces « auxiliaires de réaction » accélèrent une réaction chimique ou abaissent la pression ou la température nécessaires à son déclenchement, sans être consommés au cours de la réaction elle-même.

Les réactions chimiques nécessitent de l'énergie pour s'amorcer, car les liaisons entre les atomes des molécules doivent être réorganisées. Cette énergie peut être faible, comme lorsqu'on allume une allumette, ou beaucoup plus importante dans les procédés industriels, ce qui augmente les coûts. Les catalyseurs permettent de réduire cette énergie, les plus efficaces contenant souvent des métaux, y compris des métaux rares et coûteux.

La percée réalisée par des chimistes de l'ETH Zurich a permis de développer un catalyseur qui réduit considérablement l'énergie minimale requise pour produire du méthanol à partir de CO₂.₂ et d'hydrogène. Les chercheurs ont réussi à utiliser l'indium avec une efficacité remarquable, chaque atome d'indium constituant ainsi son propre site actif.

Contrairement à l'approche empirique utilisée par le passé dans la recherche sur la catalyse, le catalyseur nouvellement découvert permet une analyse et une compréhension plus précises des réactions se produisant à sa surface, ouvrant ainsi la voie à une conception de catalyseurs plus optimisée et rationnelle.

« Notre nouveau catalyseur possède une architecture monoatomique, dans laquelle des atomes de métal actifs isolés sont ancrés à la surface d'un matériau de support spécialement développé. »

– Pérez-Ramírez, directeur du Centre national de compétence en recherche (PRN) Catalyse

Alors que le catalyseur nouvellement découvert est monoatomique, les catalyseurs traditionnels contiennent des métaux sous forme d'agrégats. Ces particules sont très petites, mais elles contiennent généralement des centaines, voire des milliers, d'atomes métalliques. Nombre de ces atomes ne participent même pas directement à la réaction. Cependant, si ces atomes peuvent agir individuellement, ils peuvent se révéler bien plus efficaces, car les scientifiques peuvent ainsi mieux exploiter les éléments chimiques rares et coûteux, rendant possible une utilisation économiquement viable des métaux précieux.

De plus, les propriétés catalytiques des atomes isolés diffèrent de celles des agrégats.

« L’indium est déjà utilisé dans ce catalyseur depuis plus d’une décennie », a fait remarquer Pérez-Ramírez, qui travaille sur de meilleurs catalyseurs pour le CO₂.₂L'entreprise utilise cette technologie pour la production de méthanol depuis plus de quinze ans et détient plusieurs brevets dans ce domaine. « Notre étude montre que les atomes d'indium isolés sur l'oxyde d'hafnium permettent une conversion plus efficace du CO₂. »₂- la synthèse du méthanol à base d'indium sous forme de nanoparticules contenant un grand nombre d'atomes.

L'indium (In) est un métal blanc argenté dont l'approvisionnement dépend principalement de l'industrie minière du zinc, l'indium étant un sous-produit mineur. La Chine (40 %) est le premier producteur mondial d'indium et contrôle la majeure partie des réserves mondiales. Ce métal est largement utilisé dans les films d'oxyde d'indium-étain, les alliages et les matériaux semi-conducteurs nécessaires aux cellules photovoltaïques, aux soudures, aux écrans plats, aux LED, aux matériaux d'interface thermique et aux batteries.

Pour déposer avec précision des atomes d'indium isolés à la surface de l'oxyde d'hafnium, l'équipe a mis au point plusieurs nouvelles voies de synthèse. Un aspect essentiel de ce travail, réalisé en collaboration avec d'autres institutions de recherche, a consisté à concevoir le matériau de support afin de fournir un environnement stable mais réactif aux atomes.

Une des méthodes consiste à brûler les matières premières dans une flamme à une température de 2 000 à 3 000 °C avant de les refroidir rapidement. Ce procédé permet de maintenir l’indium en surface et d’assurer son incorporation.

L'incorporation d'atomes de catalyseur dans de l'oxyde d'hafnium résistant à la chaleur a démontré que les catalyseurs monoatomiques peuvent supporter des conditions extrêmes, notamment des températures et des pressions élevées. Cette durabilité est importante car la synthèse du méthanol à partir de CO₂ et l'hydrogène gazeux nécessite des températures pouvant atteindre 300 °C et des pressions environ 50 fois supérieures à la pression atmosphérique normale.

« Les oxydes d’indium-hafnium nanostructurés synthétisés par pyrolyse par pulvérisation de flamme atteignent une productivité spécifique en méthanol jusqu’à 70 % supérieure à celle des oxydes d’indium-zirconium, les gains les plus importants étant observés pour les atomes d’indium isolés », indique l’étude.

Un autre avantage des catalyseurs à atomes isolés est qu'ils permettent aux scientifiques d'analyser les mécanismes réactionnels avec beaucoup moins de signaux parasites, offrant ainsi une compréhension plus précise. Les catalyseurs existants, composés de nanoparticules, se sont avérés particulièrement difficiles à étudier. Ils sont restés, pour ainsi dire, une boîte noire. Bien que les réactions ne se produisent qu'au niveau d'un petit nombre d'atomes en surface, de nombreux signaux de mesure proviennent d'atomes situés à l'intérieur des particules et non impliqués dans la réaction, ce qui complique l'interprétation des phénomènes observés.

« La mise au point du catalyseur au méthanol et l’analyse détaillée du mécanisme n’auraient pas été possibles sans cette expertise interdisciplinaire. »

– Pérez-Ramírez

Investir dans le recyclage du carbone

Celanese Corporation (CE + 1.32%) est une entreprise mondiale de produits chimiques et de matériaux de spécialité qui produit des polymères techniques. Ses principaux segments d'activité comprennent les matériaux techniques et la chaîne acétyle.

Il convient de noter que l'entreprise est directement impliquée dans la conversion du CO₂.₂ Celanese prévoit de convertir environ 180 000 tonnes de CO₂ en méthanol. Par le biais de Fairway Methanol, une coentreprise avec le groupe japonais Mitsui & Co., Celanese captera environ 180 000 tonnes de CO₂.₂ annuellement et produire 130 000 tonnes de méthanol à faible teneur en carbone par an.

Récemment, la société a obtenu la certification d'empreinte carbone (CFC) pour ses grades Hostaform et Celcon POM ECO-C sur ses sites de production de Francfort et du Texas, grâce à l'investissement de Celanese dans la technologie de capture et d'utilisation du carbone (CCU) pour réduire les intrants à base de combustibles fossiles sans impacter négativement les performances des matériaux.

Avec une capitalisation boursière de 7 milliards de dollars, l'action Celanese se négocie actuellement à 62.47 dollars, en hausse de 48 % depuis le début de l'année. Après avoir franchi la barre des 170 dollars début 2024, le titre connaissait une tendance baissière ces deux dernières années, chutant à environ 35 dollars fin 2018, avant de connaître un regain de vigueur.

Son BPA (TTM) est de -10.40 et son C/B (TTM) de -6.02. Celanese verse un rendement de dividende de 0.19 %.

Concernant les résultats financiers de l'entreprise, son chiffre d'affaires net a reculé de 7 % pour s'établir à 9.5 milliards de dollars sur l'exercice 2025, en raison d'une baisse de 4 % des prix et des volumes. Sa perte d'exploitation s'est chiffrée à 786 millions de dollars, tandis que la perte diluée par action (selon les normes GAAP) a atteint 10.44 dollars et le bénéfice par action ajusté s'est établi à 3.98 dollars.

Celanese a fait état d'une demande inférieure à la normale sur des marchés finaux clés tels que les peintures, les revêtements, l'automobile et la construction, mais est restée concentrée sur l'augmentation des flux de trésorerie afin d'améliorer les coûts, d'accélérer le désendettement et de stimuler la croissance du chiffre d'affaires.

« Nos résultats annuels témoignent de la solidité de nos plans d’action et de leur mise en œuvre rigoureuse dans un environnement difficile. »

– Scott Richardson, PDG

En 2025, la société a généré un flux de trésorerie d'exploitation de 1.1 milliard de dollars et a enregistré un flux de trésorerie disponible de 773 millions de dollars.

Cette génération de flux de trésorerie, conjuguée à des réductions de coûts de plus de 120 millions de dollars, à la finalisation de la cession de Micromax, au refinancement des échéances à court terme et au lancement de programmes visant à stimuler la croissance et à enrichir le portefeuille de produits émergents, a permis à l'entreprise de réaliser des progrès considérables dans la réalisation de ses priorités : désendettement, réduction des coûts et croissance du chiffre d'affaires, a déclaré Richardson. Au cours du dernier trimestre, Celanese a enregistré un chiffre d'affaires net de 2.2 milliards de dollars, un résultat d'exploitation de 93 millions de dollars et un bénéfice par action ajusté de 0.67 dollar.

Pour le trimestre en cours, la société prévoit peu de changement dans la demande mais anticipe de légères améliorations saisonnières des volumes, ce qui lui permet d'estimer son bénéfice par action ajusté pour le premier trimestre entre 0.70 $ et 0.85 $.

« Nous prévoyons une nouvelle année de forte génération de trésorerie, avec un flux de trésorerie disponible cible de 650 à 750 millions de dollars. Malgré un contexte macroéconomique toujours incertain, nous avons amorcé une dynamique positive. Nous sommes convaincus que les mesures décisives que nous prenons positionnent Celanese pour tirer pleinement profit de la reprise économique. »

– Richardson

Dernières actualités et développements concernant l'action Celanese Corporation (CE)

Conclusion

Transformer le dioxyde de carbone en carburant représente une opportunité considérable de faire d'un défi climatique un atout économique. Grâce à des innovations telles que les catalyseurs monoatomiques qui améliorent considérablement l'efficacité, la production de méthanol à partir de CO₂ est désormais possible.₂ Cette solution devient plus viable que jamais. Bien entendu, son déploiement à grande échelle nécessitera d'abondantes ressources en énergies renouvelables, une production d'hydrogène rentable et des cadres politiques favorables. Une fois tous ces facteurs réunis, le CO₂₂ Elle pourrait passer du statut de l'un des plus grands défis environnementaux mondiaux à celui de l'une de ses ressources les plus importantes.

Références

1. Zhang, X., Liu, Y., Wang, C., Li, J., Chen, Z., Zhao, H., Xu, L., Sun, K., Zhou, Q., Yang, F., Wu, T., Guo, S., Li, Y., Huang, J., Deng, D., Bao, X. et Li, C. Des atomes d'indium isolés permettent une conversion efficace du CO₂₂ Hydrogénation en méthanol. Nature Nanotechnology (2026). https://doi.org/10.1038/s41565-026-02135-y
2. Friedlingstein, P., Le Quéré, C., O'Sullivan, M., Hauck, J., Landschützer, P., Luijkx, IT, Li, H., van der Woude, A., Schwingshackl, C., Pongratz, J., Regnier, P., Andrew, RM, Bakker, DCE, Canadell, JG, Ciais, P., Gasser, T., Jones, MW, Lan, X., Morgan, E., Olsen, A., Peters, GP, Peters, W., Sitch, S. & Tian, ​​H. Impact climatique émergent sur les puits de carbone dans un budget carbone consolidé. Nature 649, 98-103 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09802-5