Une équipe de chercheurs de l'Université de Stanford et de l'Université de Louvain en Belgique a perfectionné un procédé qui pourrait marquer une étape importante vers l'économie de carburant en méthanol. Compte tenu de l’abondance du méthane comme matière première, il s’agit d’une avancée qui pourrait changer fondamentalement la façon dont le monde utilise le gaz naturel.
Le méthanol, l'alcool le plus simple, est utilisé dans la fabrication de divers produits tels que la peinture et le plastique, ainsi que comme additif dans l'essence. Riche en hydrogène, le méthanol peut alimenter des piles à combustible de nouvelle génération qui pourraient produire d’importants avantages environnementaux.
Une reconversion qui peut devenir une révolution
Si le gaz naturel, dont le méthane est le principal composant, pouvait être converti de manière économique en méthanol, ce serait une grande réussite. Le carburant liquide qui en résulterait serait beaucoup plus facile à stocker et à transporter que le gaz naturel et l’hydrogène pur. Et cela réduirait également considérablement les émissions de méthane provenant des usines de traitement du gaz naturel et des pipelines.
Aujourd’hui, le méthane, un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone, annule presque les avantages environnementaux du gaz naturel par rapport au pétrole et au charbon. La nouvelle étude de l'équipe dans l'édition actuelle de Science est le dernier en date à promouvoir une méthode de production de méthanol à partir de méthane à faible consommation d'énergie.
"Ce procédé utilise des cristaux courants appelés zéolites de fer, connus pour convertir le gaz naturel en méthanol à température ambiante", explique-t-il. Benjamin Snider, qui a obtenu son doctorat à Stanford en étudiant les catalyseurs pour aborder les aspects clés de ce défi. "Mais il s'agit d'une chimie extrêmement difficile à réaliser sur le plan pratique, car le méthane est obstinément chimiquement inerte."
Lorsque le méthane est infusé dans le zéolites de fer poreux, le méthanol est produit rapidement à température ambiante sans besoin de chaleur ou d'énergie supplémentaire. En comparaison, le procédé industriel conventionnel de fabrication de méthanol à partir de méthane il nécessite des températures de 1000°C (1832°F) et des pressions extrêmement élevées.
C'est un processus économiquement attrayant, mais ce n'est pas si facile. Des barrières importantes empêchent ce processus d'atteindre des niveaux industriels.
Edouard Salomon, professeur de chimie et de science des photons à Stanford au Laboratoire national des accélérateurs du SLAC. Solomon est l'auteur principal de la nouvelle étude
Gardez les zéolites allumées pour produire du méthanol
Le problème qui s'oppose aujourd'hui à la diffusion en masse des méthodes d'obtention du méthanol à température ambiante réside précisément dans les zéolithes de fer. Malheureusement, la plupart d'entre eux s'éteignent rapidement. En d'autres termes, le processus fonctionne mais prend très peu de temps.
Par conséquent, le prochain objectif est maintenant d'améliorer les performances de ces silicates. Une nouvelle étude, également développée par le co-auteur Hannah Rhodes, un doctorant de Stanford en chimie inorganique, utilise la spectroscopie avancée pour explorer la structure physique des zéolites les plus prometteuses pour la production de méthane-méthanol.
La question clé est de savoir comment obtenir du méthanol sans détruire le catalyseur
Hannah RhodesUniversité de Stanford
L'analyse de l'équipe et "l'effet cage"
En choisissant deux zéolithes de fer, l'équipe a étudié la structure physique de leurs réseaux. Ils ont découvert que la réactivité variait considérablement en fonction de la taille des pores de la structure cristalline environnante. L’équipe appelle cela « l’effet cage », puisque le réseau d’encapsulation ressemble à une cage.
Si les pores des cages sont trop grands, le site actif se désactive après un seul cycle de réaction et ne se réactive plus jamais. Cependant, lorsque les ouvertures des pores sont plus petites, elles coordonnent une « danse » moléculaire précise entre les réactifs et prolongent la durée du processus. En tirant parti de cette fonctionnalité, l'équipe a pu réactiver à plusieurs reprises 40% des sites désactivés, une avancée conceptuelle significative vers un procédé catalytique à l'échelle industrielle.
Le cycle catalytique pourrait conduire un jour à une production continue et économique de méthanol à partir de gaz naturel
Benjamin SniderUniversité de Stanford
La route vers le méthanol carburant
Il y a encore beaucoup de travail à faire, mais il faut dire deux choses. Avant: c'est en tout cas un pas en avant fondamental dans la science fondamentale. Car il permettra de clarifier aux chimistes et ingénieurs chimistes le procédé utilisé par les zéolithes de fer pour produire du méthanol à température ambiante. Deuxième: sans spectroscopie avancée, cette découverte aurait été impossible. Une technologie qui fait progresser la recherche dans de nombreux domaines, je vous ai écrit il y a longtemps à propos de une étude permettre aux gens de communiquer même dans un état d'inconscience forcée.
