CO2 comme carburant ? Découverte de catalyseur transforme les émissions en opportunité

Le méthanol est une matière première clé pour une multitude de produits chimiques, y compris les plastiques et les carburants. Il est souvent décrit comme « un précurseur universel pour la production d’une large gamme de produits chimiques et de matériaux », essentiellement « le couteau suisse de la chimie », comme le note Javier Pérez‑Ramírez, professeur d’ingénierie de la catalyse à l’ETH Zurich.

Ce liquide joue un rôle clé dans la transition vers une production durable de produits chimiques et de carburants, mais uniquement si l’énergie utilisée pour produire l’hydrogène et entraîner la catalyse est générée de manière durable. Dans ce cas, le méthanol peut être produit de façon climatiquement neutre, offrant une méthode écologique d’utilisation du dioxyde de carbone (CO₂) provenant de l’atmosphère.

Cependant, la production conventionnelle de méthanol est largement insoutenable, la grande majorité étant issue de combustibles fossiles, ce qui entraîne d’importantes émissions de gaz à effet de serre (GES).

Cela pourrait ne plus être le cas, car des scientifiques de l’ETH Zurich ont maintenant développé une méthode pour synthétiser le méthanol qui pourrait constituer la base d’une industrie chimique sans fossiles. Publiée dans Nature, l’étude¹ détaille 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 aux catalyseurs, cette nouvelle méthode des chercheurs de l’ETH Zurich pourrait également permettre une utilisation plus économique des métaux rares et coûteux.

By placing isolated indium atoms on a support material, the researchers have developed a catalyst that can convert CO₂ and H₂ into methanol far more efficiently.

Le déséquilibre carbone crée des défis et des opportunités

Le dioxyde de carbone (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 lors de la photosynthèse pour produire des composés riches en énergie et libèrent de l’oxygène en sous‑produit. Ce processus est essentiel à la survie humaine. Le CO₂ participe également au cycle mondial du carbone, où les atomes de carbone se déplacent continuellement entre l’atmosphère, la surface de la Terre et les organismes vivants.

Malgré son importance naturelle, le CO₂ agit comme un gaz à effet de serre important. Il retient la chaleur du soleil dans l’atmosphère, créant un effet de réchauffement qui maintient des températures compatibles avec la vie. Sans aucun gaz à effet de serre, la Terre serait trop froide pour être habitée. Cependant, des concentrations élevées intensifient ce réchauffement, entraînant le réchauffement climatique et le changement climatique.

Le carbone circule continuellement à travers plusieurs réservoirs : roches, sédiments, atmosphère et organismes vivants. Il revient dans l’atmosphère par la respiration, la décomposition des organismes, les éruptions volcaniques et les incendies. Cependant, les activités humaines dominent désormais cet équilibre. Depuis le début de l’industrialisation au début du XIXᵉ siècle, le développement des terres et la combustion de combustibles fossiles ont généré des émissions de carbone bien supérieures à ce que les puits naturels peuvent absorber. En conséquence, les concentrations atmosphériques de CO₂ ont fortement augmenté et continuent de s’accélérer.

Les émissions mondiales de CO₂ provenant des combustibles fossiles et de l’industrie ont atteint 38,11 milliards de tonnes métriques (GtCO₂) en 2025, soit une hausse de plus de 69 % depuis 1990, selon les données de Statista. La Chine est le principal contributeur à ces émissions mondiales de GES, suivie des États‑Unis.

L’industrialisation et la croissance économique rapide des dernières décennies ont entraîné une augmentation d’environ 450 % des émissions de CO₂ dans le pays asiatique au cours des trois dernières décennies et demie, contrairement à une diminution de 6,1 % aux États‑Unis, bien que ce pays nord‑américain reste le plus grand pollueur de carbone de l’histoire.

La guerre États‑Unis‑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 les émissions mondiales de CO₂ continuent d’augmenter, les puits de carbone terrestres et océaniques se sont affaiblis d’environ 15 % au cours de la dernière décennie, selon le Projet mondial du carbone. Bien qu’il ait constaté que le puits de carbone terrestre, les émissions de CO₂ absorbées par les plantes et les sols, se rétablissait à son niveau d’avant El Niño après quelques années exceptionnellement faibles.

Par ailleurs, une étude publiée dans Nature² a constaté que le déclin des puits de carbone a contribué à hauteur d’environ 8 % à la hausse de la concentration atmosphérique de CO₂ depuis 1960. L’absorption du dioxyde de carbone a également abaissé le pH des océans de 0,1 unité, augmentant son acidité de 30 %.

Ainsi, à mesure que les activités humaines libèrent davantage de CO₂ dans l’atmosphère que les processus naturels ne peuvent en retirer, la quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère continue d’augmenter et d’établir de nouveaux records, créant un besoin urgent de s’attaquer au problème des émissions de CO₂.

Une façon de répondre à ce problème sérieux est de procéder à une transition vers les énergies renouvelables. Bien que le solaire, l’éolien, l’hydroélectricité, la géothermie et la biomasse offrent des solutions prometteuses, cette transition est un processus lent et à long terme, confronté à des coûts d’investissement initiaux élevés, à des besoins d’infrastructure et à des défis technologiques.

D’autres solutions incluent l’adoption de transports durables, l’amélioration de l’efficacité énergétique et l’élimination du carbone existant par le reboisement et la gestion des terres.

Toutes ces solutions sont prometteuses, mais que se passerait‑il si nous pouvions capturer le dioxyde de carbone directement depuis l’environnement et l’utiliser ensuite comme matière première ? Et si nous pouvions transformer ce principal gaz à effet de serre en carburant ? Ce serait une percée technologique en matière de climat et d’énergie, car cela aiderait non seulement à limiter le réchauffement climatique, mais aussi à répondre à la forte demande énergétique mondiale.

Plusieurs études ont exploré des moyens de convertir le CO₂ en carburant. Ce processus est neutre en carbone car les carburants émettent la même quantité de CO₂ lorsqu’ils sont brûlés. Il implique la capture du dioxyde de carbone et l’utilisation d’énergie renouvelable pour le convertir en carburants hydrocarbures tels que le méthanol, le diesel et l’essence via des méthodes chimiques comme l’hydrogénation catalytique ou la réduction électrochimique.

Le méthanol se distingue comme l’une des voies les plus pratiques et évolutives pour l’utilisation du CO₂, grâce à sa compatibilité avec les infrastructures existantes et sa polyvalence dans de nombreux secteurs.

Le méthanol (CH₃OH) est un alcool incolore, inflammable et hautement toxique libéré dans l’environnement lors d’utilisations industrielles et naturellement par les microbes, la végétation et les gaz volcaniques. S’il est ingéré ou absorbé, il présente d’importants risques pour la santé, notamment la cécité, l’insuffisance d’organes ou la mort.

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

Malgré son potentiel, la mise à l’échelle de la production de méthanol à partir du CO₂ rencontre encore des défis, notamment des exigences énergétiques élevées, la disponibilité de l’hydrogène et la nécessité de catalyseurs rentables. La recherche en cours progresse rapidement sur ces fronts.

Cliquez ici pour découvrir comment la lumière peut revaloriser le dioxyde de carbone.

L’innovation à atome unique libère une conversion efficace du CO₂

In order to produce methanol from carbon dioxide and hydrogen, researchers from ETH Zurich have made an advance in catalyst research.

Les catalyseurs sont utilisés depuis l’Antiquité. Par exemple, la levure utilisée pour faire du pain contient des catalyseurs naturels (enzymes) qui aident à transformer la farine en pain. Au fil du temps, les avancées en catalyse ont conduit à des plastiques biodégradables, de nouveaux produits pharmaceutiques et des carburants plus respectueux de l’environnement.

Un catalyseur est une substance qui facilite et rend les réactions plus efficaces. Ces « assistants de réaction » accélèrent une réaction chimique ou réduisent la pression ou la température nécessaires pour la déclencher, sans être consommés pendant la réaction.

Les réactions chimiques nécessitent de l’énergie pour démarrer car les liaisons entre les atomes des molécules doivent être réarrangées. L’obstacle énergétique peut être faible, comme allumer une allumette, ou beaucoup plus élevé dans les procédés industriels, ce qui augmente les coûts. Les catalyseurs aident à abaisser cette barrière, les plus efficaces contenant souvent des métaux, y compris des métaux rares et coûteux.

La percée des chimistes de l’ETH Zurich a conduit au développement d’un catalyseur qui réduit considérablement l’énergie minimale requise pour produire du méthanol à partir du CO₂ et de l’hydrogène. Les chercheurs ont réalisé une utilisation extrêmement efficace de l’indium de sorte que chaque atome d’indium serve de site actif propre.

Contrairement à l’approche passée d’essais et d’erreurs en recherche catalytique, le catalyseur récemment découvert permet une analyse plus précise et une meilleure compréhension 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 à atome unique, dans laquelle des atomes métalliques actifs isolés sont ancrés à la surface d’un matériau de support spécialement développé. »

– Pérez‑Ramírez, directeur du Centre national de compétence en recherche (NCCR) Catalysis

Alors que le catalyseur nouvellement découvert est à atome unique, les catalyseurs traditionnels contiennent des métaux sous forme d’agrégats. Ces particules sont très petites, mais elles contiennent généralement des centaines à des milliers d’atomes métalliques. Beaucoup de ces atomes n’ont même aucune implication directe dans la réaction. Mais si ces atomes peuvent fonctionner au niveau individuel, ils peuvent être beaucoup plus efficaces, les scientifiques pouvant mieux exploiter les éléments chimiques rares et coûteux, ce qui permet 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, » note Pérez‑Ramírez, qui travaille sur de meilleurs catalyseurs pour la production de méthanol à base de CO₂ depuis plus d’une décennie et demie et détient plusieurs brevets dans le domaine. « Dans notre étude, nous montrons que les atomes d’indium isolés sur l’oxyde de hafnium permettent une synthèse de méthanol à base de CO₂ plus efficace que l’indium sous forme de nanoparticules contenant un grand nombre d’atomes. »

Indium (In) est un métal blanc argenté dont l’approvisionnement dépend principalement de l’industrie de l’extraction du zinc, l’indium étant un sous‑produit mineur. La Chine (40 %) est le principal producteur d’indium et contrôle la majorité des réserves mondiales d’indium. Le métal est largement utilisé dans les films d’oxyde d’indium‑étain, les alliages et les matériaux semi‑conducteurs requis pour les cellules photovoltaïques, les soudures, les écrans plats, les LED, les matériaux d’interface thermique et les batteries.

Pour placer précisément des atomes d’indium uniques à la surface de l’oxyde de hafnium, l’équipe a développé plusieurs nouvelles voies synthétiques. Une partie clé de ce travail, réalisée en collaboration avec d’autres institutions de recherche, consistait à concevoir le matériau de support afin de fournir un environnement stable mais réactif pour les atomes.

Une des voies consistait à brûler les matières premières dans une flamme à 2 000 à 3 000 °C avant de les refroidir rapidement. Cela maintient l’indium à la surface et l’incorpore fermement.

L’incorporation des atomes catalytiques dans l’oxyde de hafnium résistant à la chaleur a démontré que les catalyseurs à atome unique peuvent résister à des conditions extrêmes, y compris des températures et pressions élevées. Cette durabilité est importante car la synthèse du méthanol à partir du CO₂ et du gaz hydrogène nécessite des températures aussi élevées que 300 °C et des pressions d’environ 50 fois la pression atmosphérique normale.

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

Un autre avantage des catalyseurs à atome isolé est que les scientifiques peuvent analyser les mécanismes de réaction avec beaucoup moins de signaux interférents, offrant ainsi des informations plus claires. Les catalyseurs existants composés de nanoparticules ont été plutôt difficiles à étudier. Ils ont essentiellement été une boîte noire. Alors que les réactions ne se produisent qu’à un petit nombre d’atomes à la surface, de nombreux signaux de mesure proviennent d’atomes à l’intérieur des particules qui n’étaient pas impliqués dans la réaction, rendant plus difficile l’interprétation de ce qui se passe.

« Le développement du catalyseur de 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 ) est une entreprise mondiale de produits chimiques et de matériaux spécialisés qui produit des polymères d’ingénierie. Ses principaux segments d’activité comprennent les Matériaux d’ingénierie et la Chaîne d’acétate.

Notamment, l’entreprise est directement impliquée dans la conversion du CO₂ en méthanol. Grâce à Fairway Methanol, une coentreprise avec Mitsui & Co. du Japon, Celanese doit capturer environ 180 000 tonnes de CO₂ par an et produire 130 000 tonnes de méthanol à faible teneur carbone chaque année.

Récemment, l’entreprise a obtenu la certification Carbon Footprint Certification (CFC) pour ses grades Hostaform et Celcon POM ECO-C sur ses sites de production de Francfort et du Texas, à la suite de l’investissement de Celanese dans la technologie de capture et d’utilisation du carbone (CCU) afin de réduire les intrants fossiles sans nuire aux performances des matériaux.

Avec une capitalisation boursière de 7 milliards de dollars, les actions de Celanese se négocient actuellement à 62,47 $, en hausse de 48 % depuis le début de l’année. Les actions de l’entreprise connaissent une tendance à la baisse depuis deux ans après avoir dépassé le seuil de 170 $ début 2024, descendant à environ 35 $ à la fin de l’année dernière, et connaissent maintenant un regain d’intérêt.

Elle affiche un BPA (TTM) de -10,40 et un PER (TTM) de -6,02. Celanese verse un rendement de dividende de 0,19 %.

En ce qui concerne les finances de l’entreprise, elle a déclaré une baisse de 7 % des ventes nettes à 9,5 milliards de dollars pour l’exercice complet 2025, en raison d’une diminution de 4 % tant du prix que du volume. Sa perte d’exploitation s’est élevée à 786 millions de dollars, tandis que la perte diluée GAAP par action était de 10,44 $, et le bénéfice ajusté par action était de 3,98 $.

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

« Notre performance sur l’ensemble de l’année démontre la solidité de nos plans d’action et l’exécution disciplinée dans un environnement difficile. »

– PDG Scott Richardson

En 2025, l’entreprise a généré un flux de trésorerie d’exploitation de 1,1 milliard de dollars et a déclaré un flux de trésorerie disponible de 773 millions de dollars.

Cette génération de flux de trésorerie, combinée à plus de 120 millions de dollars de réductions de coûts, à la cession de Micromax, au refinancement des échéances à court terme et à l’introduction de programmes visant à stimuler la croissance et à enrichir le pipeline EM, a aidé l’entreprise à réaliser « des progrès considérables contre nos priorités de désendettement, d’amélioration des coûts et de croissance du chiffre d’affaires, » a déclaré Richardson. Au dernier trimestre, Celanese a déclaré des ventes nettes de 2,2 milliards de dollars, un bénéfice d’exploitation de 93 millions de dollars et un bénéfice ajusté par action de 0,67 $.

Quant au trimestre en cours, l’entreprise prévoit peu de changement dans la demande mais anticipe une amélioration saisonnière modeste des volumes, s’attendant ainsi à ce que le bénéfice ajusté par action du premier trimestre se situe entre 0,70 $ et 0,85 $.

« Nous prévoyons une autre année solide de génération de trésorerie avec un flux de trésorerie disponible ciblé de 650 à 750 millions de dollars. Bien que le contexte macroéconomique reste incertain, nous avons créé une dynamique positive. Nous croyons que les actions décisives que nous prenons placent Celanese en position de bénéficier de manière significative de la reprise éventuelle. »

– Richardson

Dernières actualités et développements des actions de Celanese Corporation (CE)

Conclusion

Transformer le dioxyde de carbone en carburant représente une opportunité importante de convertir un défi climatique en un atout économique. Et avec des innovations comme les catalyseurs à atome unique qui améliorent considérablement l’efficacité, la voie de production du méthanol à partir du CO₂ devient plus viable que jamais. Mais bien sûr, la mise à l’échelle de cette solution nécessitera une énergie renouvelable abondante, une production d’hydrogène rentable et des cadres politiques de soutien. Une fois tous ces facteurs alignés, le CO₂ pourrait passer d’un des plus grands défis environnementaux du monde à 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. & Li, C. Atomes uniques d’indium permettent une hydrogénation efficace du CO₂ 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, I.T., Li, H., van der Woude, A., Schwingshackl, C., Pongratz, J., Regnier, P., Andrew, R.M., Bakker, D.C.E., Canadell, J.G., Ciais, P., Gasser, T., Jones, M.W., Lan, X., Morgan, E., Olsen, A., Peters, G.P., 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