Coordinatrice du projet : Elsje Alessandra QUADRELLI, Directrice de Recherche, CNRS-IRCELYON

Responsable du projet à l’IC2MP : Catherine BATIOT-DUPEYRAT, Professeur, Université de Poitiers

L’atteinte de la neutralité carbone à l’horizon 2050 impose de développer une économie circulaire du carbone pour les secteurs économiques où le carbone sera encore un acteur clé, comme le transport à longue distance et les produits chimiques. Dans ce contexte, s’attaquer à la conversion efficace du CO₂, une molécule cinétiquement et thermodynamiquement stable, en produits de valeur en utilisant des sources d’énergie à faible teneur en carbone telles que la lumière du soleil et l’électricité bas carbone soulève des questions scientifiques et des défis technologiques majeurs. Le projet PowerCO₂ vise à relever les principaux défis inhérents à la conversion du CO₂, tels que :

1. la maximisation de l’absorption du carbone et des électrons dans la production de carburants électriques (cible principale de la Tâche 1 du programme de recherche),
2. l’exploitation de l’ensemble du spectre solaire dans la transformation du CO₂ en carburants solaires (cible principale de la Tâche 2 du programme de recherche), et
3. le déblocage de la formation de structures moléculaires complexes à partir du CO₂ et la découverte de nouvelles voies de réaction pour le CO₂ avec des modes d’activation non conventionnels , tels que plasma et magnéto-induction (cible principale de la Tâche 3 du programme de recherche).

Plus précisément les objectifs de chaque tâche sont :

• Tâche 1 : Obtenir une excellente sélectivité pour les intermédiaires stratégiques, notamment pour les carburants liquides et les produits chimiques (MeOH, CO, éthylène, formaldéhyde) à partir de l’électro(bio)conversion du CO₂ avec une efficacité maximale en termes de carbone et d’énergie.
• Tâche 2 : Exploiter l’ensemble du spectre solaire dans la transformation du CO₂ en carburants solaires par l’ingénierie des matériaux (inorganique, organique-inorganique, bio-inorganique) adaptés aux stratégies ciblées (telles que conversion ascendante à deux photons), TRL 1->3.
• Tâche 3 : Réaliser des transformations sélectives efficaces du point de vue du carbone pour obtenir de nouvelles architectures complexes (telles que hydrocarbure C5+, ou amine à longue chaîne) à partir de résultats récents en rupture qui obtiennent des liaisons C-C à partir de CO₂ mais avec une faible efficacité et dans des chaines courtes (telle que C3 dans un carbohydrate borylé), éventuellement par une activation non conventionnelle (plasma, induction magnétique, radiolyse) (TRL 1->3).

Le consortium, construit autour d’un noyau composé des chercheurs et chercheuses ayant obtenu des résultats remarquables dans le domaine de la conversion du CO₂, et renforcé par les experts dans les domaines de pointe ciblés (électro et photo(électro)chimie, conception de matériaux, voies d’activation inhabituelles…), conduit à un projet impliquant 22 équipes de recherche, issues de 8 organismes de recherche. 41 jeunes chercheurs et chercheuses (13 thèses de doctorat et 28 postes de post-doc) seront formés tout le long du projet répondant ainsi à l’objectif de renforcer la formation des générations futures dans ce domaine sociétal stratégique. Une liste de livrables précis et 5 jalons ont été identifiés pour permettre le suivi du projet.

Le management du projet via un bureau à trois personnes, les trois responsables de tâches principales (e-carburants, carburant solaires, chimies C3+ par nouvelles voies d’activation) , issus de trois organismes de recherche dans PowerCO₂ (CNRS, CEA et IFPEN), ainsi que la constitution d’un conseil scientifique interne, impliquant les responsable des sous-projets et d’un groupe opérationnel, impliquant le réfèrent scientifique et administratif de chaque laboratoire permettra le bon déroulement du projet. Des évènements au moins annuels d’animation scientifique en réunion plénière sont prévus.

1- CNRS

IRCELYON : Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon – UMR 5256	Key role : Photo/Electrocatalytic (PEC) materials – PEC performances – kinetics
INL : Institut des Nanotechnologies de Lyon – UMR 5270	Key role : Photo/Electrocatalytic (PEC) materials – PEC performances – kinetics
LEM : Laboratoire d’Electrochimie Moléculaire – UMR7591	Key role : Molecular Photo/electro Catalysis
LCPB : Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques – UMR8229	Key role : Catalysis – Computational modeling
IPVF : Institut Photovoltaïque d’Ile de France – UMR9006	Key role : Photovoltaics – Thin films- Semiconductors
LCC : Laboratoire de chimie de coordination – UPR8241	Key role : Bio-inspired catalysis – Metallic Nanoparticles
BIP : Bioénergétique et ingénierie des protéines – UMR7281	Key role : Biophysics – Biocatalysis
DCM : Département de Chimie Moléculaire – UMR5250	Key role : Electrochemistry
IMN Nantes : Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel – UMR6502	Key role : Material modeling
CEISAM : Chimie Et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation – UMR 6230	Key role : Photoactive molecular structures
ICPEES : Institut de chimie et Procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé – UMR 7515	Key role : Photocatalysis
IC2MP : Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers	Key role : Materials for non-thermal plasma assisted catalysis

 

2 – CEA – Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives

IRIG : Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (CBM) – UMR5249	Key role : Small molecule activation – metalloenzyme – solar fuels
NIMBE : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l’énergie – UMR3685	Key role : Small molecule activation – metalloenzyme – solar fuels
LITEN : Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (DNTM)	Key role : Metalloenzymes
EVRY : Génomique Métabolique – UMR8030	Key role : Metabolic genomics

 

3 – IFPEN – IFP Energies Nouvelles

Key role : Photocatalysis – Heterogenous catalysis – Computational chemistry

4 – Sorbonne Université

Institut Jean le Rond d’Alembert – UMR7190
Key role : Plasma Catalysis

5 – Université Clermont Auvergne

ICCF : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand – UMR6296
Key role : Metallic nanoparticles (NPs) synthesis by plasma processes

6 – Université Paris Saclay

ICCMO : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay – UMR8182
Key role : Photophysical studies

7 – Mines Paris

PERSEE : Centre Procédés, Energies Renouvelables et Systèmes Energétiques
Key role : Reaction mechanisms in gas and plasma

8 – INSA Toulouse – Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse

LPCNO : Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets – UMR5215
Key role : Magneto-induced Catalysis