Parce que la réduction électrochimique directe du CO2 est difficile (surtensions, sélectivités faibles…), il apparaît plus intéressant de le faire en deux temps. Dans une première étape, électrolyser de l’eau en oxygène et hydrogène, une technologie maîtrisée et qui n’a pas les mêmes problèmes de sélectivité, même si elle demande toujours plus d’optimisation en termes d’activité, de rendement et de coût. Dans un second temps, on peut utiliser l’hydrogène comme source d’énergie (chimique) et de protons pour l’hydrogénation du CO2 en acide formique, méthanol ou méthane. Cette réaction requiert aussi des catalyseurs.
Dans ce cours est présentée l’histoire de ce domaine à travers la description des différents catalyseurs utilisés et des améliorations constamment apportées. L’histoire commence peut-être au début du XXe siècle avec les catalyseurs hétérogènes de Sabatier (prix Nobel 1912). Pour les catalyseurs homogènes, cela commence avec les complexes de ruthénium de Noyori en 1994. À la fin des années 2000, d’excellents catalyseurs à base d’Iridium sont proposés. Enfin, à partir des années 2010, la question de la rareté des ressources métalliques, qui impose de s’affranchir des métaux nobles, conduit à de nouveaux catalyseurs à base de cobalt et de fer.
Enfin, ce cours discute de la possibilité de mettre en œuvre un cycle vertueux, dans lequel le CO2 est hydrogéné en acide formique – qui donc constitue une forme stable et liquide, donc facilement transportable, de l’hydrogène. Ceci est évidemment valide si le cycle peut être fermé avec la réaction inverse de déshydrogénation de l’acide formique, ce dernier étant alors une source d’hydrogène. Pour mettre en œuvre ce cycle, il faut des catalyseurs, dont les premiers exemples apparaissent depuis peu.
