Utiliser du dioxyde de carbone pour fabriquer un plastique plus durable : Christoph Gürtler et Walter Leitner finalistes du Prix de l’inventeur européen 2021

• Les deux chimistes allemands sont nommés finalistes du Prix de l'Office européen des brevets (OEB) pour leur méthode de transformation des déchets de CO₂ en produits plastiques à base de polyuréthane
• Cette méthode permet d'accélérer la transition vers une économie circulaire, en développant un procédé commercialement viable pour produire du plastique à l'aide de CO₂
• Cette innovation, fruit d'une collaboration entre le monde industriel et académique, permet de réduire la quantité de pétrole brut utilisée dans la production des produits essentiels du quotidien

Munich, le 4 mai 2021 - L'Office européen des brevets (OEB) annonce que les chimistes allemands Christoph Gürtler et Walter Leitner sont nommés finalistes du Prix de l'inventeur européen 2021dans la catégorie « Industrie », pour leur rôle dans le développement d'une nouvelle technique permettant d'utiliser des déchets de CO₂ comme matière première pour produire de la mousse et de polymères. Leur méthode, élaborée grâce à leurs parcours respectifs, industriel pour l'un, académique pour l'autre, utilise un catalyseur chimique pour alimenter des réactions entre du CO₂ et un dérivé du pétrole brut. Ce procédé, durable et viable économiquement, permet de créer des polymères tels que des plastiques de polyuréthane.  

6 % du pétrole produit dans le monde est utilisé pour fabriquer du plastique, ce qui veut dire que trouver une source alternative de carbone est une priorité, à la fois pour l'industrie du plastique et pour l'environnement. La solution, initiée et développée par Christoph Gürtler, responsable de la catalyse et de l'incubation technologique chez Covestro, fabricant de polymères, et Walter Leitner, directeur à l'Institut Max Planck pour la transformation d'énergie chimique et Professeur de technologie chimique à l'École supérieure polytechnique de Rhénanie-Westphalie d'Aix-la-Chapelle, permet de réduire jusqu'à 20 % la quantité de matières premières fossiles nécessaires à la fabrication de polyuréthane, et fournit un procédé qui permet de réutiliser le CO₂ produit par d'autres industries. Le portefeuille de brevets pour les polyols dérivés du CO₂ permet de produire de manière plus durable des objets du quotidien, allant des matelas aux revêtements de sol et aux intérieurs de voiture, en passant par les textiles, les matériaux isolants et les tensioactifs.

« En résolvant l'énigme qui a intrigué tant d'équipes de scientifiques, Christoph Gürtler, Walter Leitner et leurs collègues ont franchi un cap important pour clore la boucle du carbone », a déclaré le Président de l'OEB, António Campinos, lors de l'annonce de leur nomination au Prix de l'inventeur européen 2021. « Leur travail a permis de résoudre un problème vieux de plusieurs décennies et leur réussite illustre la valeur de la coopération entre l'industrie et le milieu académique pour relever les défis auxquels est confrontée l'humanité ».

Les lauréats de l'édition 2021 du Prix de l'inventeur européen décerné chaque année par l'OEB seront annoncés le 17 juin prochain lors d'une cérémonie qui débutera à 19h00 CEST et repensée cette année en un événement virtuel d'envergure mondiale.

Associer le meilleur de l'industrie et le meilleur de la recherche

Les polyuréthanes, une classe de polymères, sont souvent utilisés sous forme de mousse ou de plastique pour fabriquer des meubles, des matériaux d'isolation, des équipements de sport et des composants dans les appareils électriques. Bien que très approprié comme matériau dans sa phase d'utilisation, les polyuréthanes nécessitent de grandes quantités de pétrole brut pour obtenir le carbone requis pour la production.

De nombreux chimistes ont ainsi tenté - en vain - de trouver une façon de produire des polymères à base de CO₂, dans le but de remplacer certains composés dérivés du pétrole dans la fabrication de ces précurseurs chimiques fondamentaux. Mais les essais précédents étaient trop énergivores et coûteux pour être commercialement viables.

Avec 50 ans d'expérience cumulée dans les domaines de la chimie, de la pétrochimie et de la recherche en catalyse, Christoph Gürtler et Walter Leitner ont vu cette difficulté comme un défi. Soutenu par la collaboration industrie-recherche entre Covestro (à l'époque encore connue sous le nom de Bayer MaterialScience), l'employeur de Christoph Gürtler, et l'École supérieure polytechnique de Rhénanie-Westphalie d'Aix-la-Chapelle, où travaille Walter Leitner, qui emploie Christoph Gürtler, le binôme et leurs équipes ont commencé à s'intéresser au potentiel des catalyseurs déjà étudiés et à mesurer leur efficience dans la conversion de CO₂ en matériaux utiles.

Les catalyseurs sont utilisés dans un contexte chimique ou industriel pour déclencher ou accélérer une réaction entre les substances, sans pour autant devenir eux-mêmes un des produits de la réaction.

Les deux chimistes ont combiné les compétences de leurs équipes pour réévaluer les tentatives précédentes visant à utiliser ces catalyseurs pour alimenter des réactions entre du CO₂ et des dérivés de pétrole brut. Leurs recherches ont montré qu'une réaction impliquant des composés chimiques dérivés du pétrole brut, du CO₂ et d'autres matériaux de départ en présence de catalyseurs adaptés, pouvait produire l'effet désiré. Le matériau produit a été développé puis commercialisé par Covestro sous le nom de cardyon®, une molécule en forme de chaine avec deux groupes hydroxyles ou davantage, également connue sous le nom de polyol.

Le cardyon, qui est un précurseur chimique, peut être utilisé exactement de la même manière que d'autres polymères intermédiaires de haute qualité. Il est employé, par exemple, pour produire des mousses flexibles pour les matelas, et comme liant pour le revêtement des salles de sport. En 2019, Covestro a annoncé que le matériau pouvait aussi être utilisé pour façonner des fibres textiles élastiques pour les vêtements, comme les chaussettes.

Christoph Gürtler, inventeur nommé dans 173 brevets européens, et Walter Leitner, nommé dans 75 brevets européens, ont ensemble montré l'importance du système de brevetage pour protéger les technologies innovantes de leur domaine. Ils ont souligné le fait que les brevets protégeant le cardyon et les procédés associés reposent sur des bases scientifiques posées par d'autres équipes sur une longue période de temps. Walter Leitner décrit le binôme comme les « architectes » d'une collaboration industrie-recherche ayant mené à cette innovation. « Il est évident que l'ensemble du développement, au-delà de son lancement, nécessite une large équipe de scientifiques, d'ingénieurs et bien plus encore, dont la contribution est décisive pour transformer cette nouvelle technologie en réalité. Nous saluons sincèrement cette collaboration et le travail de l'équipe », souligne Christoph Gürtler.

Poursuivre l'objectif d'une chimie verte pour clore la boucle carbone

Le cardyon, le produit breveté à base de CO₂ initié et développé par les chimistes, a été commercialisé par une équipe hautement spécialisée de Covestro, une filiale de la multinationale allemande Bayer AG formée en 2015. L'entreprise est leader sur le marché du polyuréthane et compte environ 16 500 employés. Sur son site pilote de Dormagen en Allemagne, Covestro produit jusqu'à 5 000 tonnes de cardyon par an en recyclant le CO₂ d'un site de production d'ammoniac voisin.

Les scientifiques et leurs équipes sont à la recherche de nouveaux usages pour ce matériau, au-delà de son utilisation actuelle. Ils estiment que la versatilité de leur procédé signifie qu'il y a le potentiel de produire des précurseurs de polyuréthane qui seront utilisés dans la fabrication d'une large gamme de produits, les mousses souples n'étant qu'un exemple. Des recherches préliminaires suggèrent également que les produits fabriqués avec le cardyon pourraient être plus faciles à recycler que ceux fabriqués uniquement à partir de produits chimiques à base de pétrole brut.

Covestro continue d'investir en R&D et d'étendre cette plateforme technologique à une variété de composants chimiques. En 2021, l'entreprise a annoncé des percées en termes d'application de son matériau dans la production de panneaux d'isolation en polyuréthane et de formulations de tensioactifs.

Si leurs recherches ultérieures confirment que leur innovation peut être appliquée à une plus grande variété de processus de production à base de polyuréthane, il y a un espoir que leur invention mène à une réduction encore plus importante de l'usage de pétrole brut. A quoi s'ajoute l'utilisation de grandes quantités de déchets de CO₂, qui permet de fermer complètement la boucle du carbone. « Si l'objectif est la durabilité », explique Walter Leitner, « alors la chimie verte est la solution ».  

Notes aux rédactions

A propos des inventeurs
Christoph Gürtler, né en 1967 à Casablanca au Maroc, a étudié la chimie à Bonn et à Berlin, et a effectué son post-doctorat à l'Institut de Technologie du Massachussets (MIT) à Cambridge (Massachussets). Après ses études, il se voit offrir un poste au sein de la multinationale Bayer AG. Il est alors en charge de la recherche sur les revêtements et du développement commercial, et assiste le membre du comité exécutif responsable de la R&D, avant de rejoindre l'équipe de recherche sur les catalyseurs de Bayer MaterialScience (branche renommée plus tard Covestro). Ce qui le mène à une collaboration fructueuse avec Walter Leitner à partir de 2007. Christoph Gürtler est passionné de navigation à ses heures perdues.

Walter Leitner, né à Pfarrkirchen en Allemagne en 1963, effectue se études de chimie puis son doctorat à l'université de Ratisbonne en Allemagne, où il retourne travailler après avoir étudié à Oxford au Royaume-Uni en études post-doctorales. Il a ensuite mené des recherches dans plusieurs institutions scientifiques allemandes, dont l'Institut Max Planck pour la recherche sur le charbon, avant d'être nommé titulaire de la chaire de chimie technique et de pétrochimie l'École supérieure polytechnique de Rhénanie-Westphalie d'Aix-la-Chapelle en 2002. Depuis 2017, il dirige la section catalyse moléculaire de l'Institut Max Planck pour la transformation d'énergie chimique. Il a co-écrit plus de 350 publications dans des revues et des ouvrages scientifiques et a donné plus d'une centaine de conférences dans le cadre de colloques et d'instituts internationaux dans le monde. Walter Leitner est également guitariste dans un groupe qui fait des reprises des Pink Floyd.

Christoph Gürtler est nommé dans 173 brevets européens et Walter Leitner dans 75 brevets, dont EP3041883 et EP3008100, délivrés respectivement en 2018 et 2017.

• Retrouvez la vidéo et les visuels sur Gürtler et Walter Leitner ici.

A propos du Prix de l'inventeur européen
Le Prix de l'inventeur européen est l'une des compétitions européennes les plus prestigieuses de sa catégorie. Lancé par l'OEB en 2006, ce prix annuel récompense, individuellement ou en équipe, les inventeurs dont les innovations ont apporté des réponses aux grands défis de notre temps. Les finalistes et les lauréats sont sélectionnés par un jury indépendant constitué d'autorités internationales issues du monde universitaire, des affaires, de la politique, des sciences et de la recherche. Il examine les innovations à l'aune de leur contribution au progrès technologique, au développement social, à la croissance économique et à la création d'emplois en Europe. Le Prix est décerné dans cinq catégories (Industrie, Recherche, Petites et moyennes entreprises, Pays non membres de l'OEB et Œuvre d'une vie). Par ailleurs, les internautes choisissent le gagnant du Prix du public parmi les 15 finalistes en votant en ligne sur popular-prize.epo.org

A propos de l'Office européen des brevets
Avec près de 6 400 agents, l'Office européen des brevets (OEB) est l'une des plus grandes institutions publiques européennes. Son siège est à Munich et il dispose de bureaux à Berlin, Bruxelles, La Haye et Vienne. L'OEB a été créé dans l'objectif de renforcer la coopération sur les brevets en Europe. Grâce à sa procédure centralisée de délivrance de brevets, les inventeurs peuvent obtenir une protection par brevet de haute qualité dans non moins de 44 pays, couvrant un marché de quelque 700 millions de personnes. L'OEB fait aussi autorité au niveau mondial en matière d'information brevets et de recherche de brevets.

Contacts à l'Office européen des brevets

Luis Berenguer Giménez
Directeur principal Communication, Porte-parole
Tel.: +49 89 2399 1203