Produit final de la combustion, le CO2  est un composé thermodynamiquement très stable. Une des méthodes de valorisation consiste à y ajouter un composant réactif afin de générer une réaction chimique et ainsi obtenir un produit chimique de base ou un produit énergétique.

Produits chimiques

La synthèse organique et la minéralisation sont deux voies permettant de transformer le CO2 en un produit chimique exploitable

Synthèse organique

Le CO2 utilisé comme matière première peut représenter une alternative au pétrole pour la synthèse de combustibles et de produits chimiques organiques. L’utilisation du CO2 présente les avantages d’une réduction de la consommation de pétrole et de l’utilisation moindre de produits toxiques. Les différentes méthodes de synthèse ne sont cependant pas au même avancement pour toutes les applications possibles :

Au niveau industriel, la synthèse d’urée sert pour les fertilisants ou la production de plastiques, et l’acide salicylique est utilisé comme médicament, conservateur alimentaire et antiseptique.

Dans les synthèses en développement (synthèses assez bien connues mais non industrialisées), on compte les polycarbonates servant à produire des élastomères pour des applications cliniques, ainsi que des carbonates organiques linéaires, utilisés comme solvants en médecine, pour les cosmétiques, comme intermédiaires chimiques, et comme additif dans le diesel. Enfin, les carbonates organiques cycliques deviennent des solvants ou sont utilisés comme précurseurs dans la synthèse de polymères.

Les synthèses en phase de recherche sont les acides carboxyliques, utilisés comme solvants ou pour la synthèse d’adhésifs, de colles, et de revêtements, ainsi que les carbamates, utilisés pour la synthèse de produits pharmaceutiques, de pesticides ou de matières plastiques comme le polyuréthane.

Minéralisation / carbonatation

La minéralisation consiste à convertir le CO2  en un matériau inerte. Cette voie a été beaucoup étudiée ces dernières années, notamment pour ses capacités de stockage de CO2 in-situ (voir la rubrique «  Nouveaux concepts »). On s’intéresse ici à la minéralisation ex-situ, considérée comme une voie de valorisation dans la mesure où le carbonate produit à partir du CO2 est utilisé et non stocké.

La minéralisation ex-situ fait réagir le CO2 avec un oxyde (calcium, magnésium ou fer) afin d’aboutir à un carbonate.

La carbonatation est un cas particulier de minéralisation. Elle se réalise avec de la chaux éteinte, qui, par Absorption du dioxyde de carbone de l'air, produit du calcaire et de l’eau. La carbonatation est la principale voie de valorisation dans la mesure où le calcaire sert ensuite de matière première dans la fabrication du ciment. L’intérêt de la carbonatation réside dans l’utilisation de la chaux, déchet lié à la production de ciment.

La principale application de la minéralisation du CO2 repose sur la production de calcaire (qui peut rentrer dans la chaîne de fabrication de ciment). Il semblerait également que la production directe de ciment soit possible, et d’autres minéraux (MgCO3) pourraient être utilisés comme matériaux de construction, incorporés dans du béton ou pour faire des routes, sous condition que leur conformité aux normes soit prouvée.

Produits à valeur énergétique

Différents mécanismes sont à l'étude mais les verrous sont encore nombreux (rendements, consommation énergétique…)

Hydrogénation

L'hydrogénation est une réaction chimique qui consiste en l'addition d'une molécule de dihydrogène (H2). L’hydrogénation du CO2 permet d’aboutir à une grande variété de composés tels que le méthanol, qui est à la fois un intermédiaire pour l’industrie chimique et un produit à valeur énergétique (additif dans les carburants), l’éthanol, plus simple à manipuler, à transporter et qui se combine mieux avec le gasoil, le méthane, et d’autres Hydrocarbures.

Reformage sec (et alternatives)

La voie la plus classique de reformage est le Vaporeformage ou reformage humide, qui consiste à faire réagir le méthane avec de la vapeur d’eau. Une alternative consiste à faire réagir le méthane avec de l’oxygène (oxydation partielle) ou avec du CO2.

Le reformage du méthane permet d’obtenir du Gaz de synthèse ou syngas (mélange CO et H2), principalement utilisé pour synthétiser du méthanol (et ses dérivés) ou des hydrocarbures de synthèse.

Electrolyse

La réduction électrochimique (électroréduction) du CO2 consiste à faire réagir le CO2 avec plusieurs électrons et protons pour produire des hydrocarbures de synthèse et des composés oxygénés.

L’électroréduction du CO2 peut conduire à la formation de nombreux composés tels que l’acide formique, le monoxyde de carbone, le formaldéhyde, le méthanol et le méthane.

Photoélectrocatalyse

Le principe de la photoélectrocatalyse consiste à faire réagir le CO2 avec des protons et des électrons qui sont produits par la Photodissociation de l’eau. Cette photodissociation est réalisable grâce à l’intervention d’un Photocatalyseur. Les réactions permettent la synthèse d’hydrocarbures de synthèse ou de composés oxygénés tels que le méthanol, l’hydrogène, le méthane, le monoxyde de carbone, d’autres composés de type alcènes ou paraffines, ainsi que l’acide formique, le monoxyde de carbone, le formaldéhyde, le méthanol et le méthane.

Thermochimie

La thermochimie utilise l’énergie sous forme de chaleur pour casser la molécule de CO2 et la coupler à de l’eau ou du méthane afin de produire du gaz de synthèse. Cela permet ensuite d’aboutir à plusieurs composés oxygénés, qui peuvent être intégrés à des carburants classiques tels que le méthanol, l’éthanol, des oléfines (type éthylène, propylène, butène), et d’autres hydrocarbures.