La marche de l'hydrogène ! Le vecteur énergétique du futur est obtenu à LIKAT à partir d'un simple ester
Un démarrage inattendu et puissant
Dans les concepts d'énergie durable, l'hydrogène (H2) est considéré comme un favori. Ce gaz est volatil et explosif, c'est pourquoi les laboratoires de chimie du monde entier cherchent des moyens de le stocker. Dans la revue NATURE CATALYSIS, un groupe dirigé par le Dr Henrik Junge du LIKAT à Rostock, en Allemagne, propose l'ester méthylique de l'acide formique, le formiate de méthyle, comme solution de rechange pour le stockage de l'hydrogène. Dans le cadre de leurs recherches, cette substance s'est avérée être un complément puissant à deux moyens chimiques connus de stockage del'H2: l'acide formique et le méthanol. Sur un point, le formiate de méthyle laisse les deux autres étonnamment loin derrière : la vitesse à laquelle cette substance libère à nouveau l'hydrogène. Surtout dans la première phase de la réaction.
Le formiate de méthyle comme stockage d'hydrogène : Dans ces réacteurs pressurisés, le groupe de recherche a étudié la libération d'hydrogène à partir d'un mélange de formiate de méthyle et d'eau à l'aide d'un catalyseur au ruthénium. La quantité d'hydrogène produite dans le réacteur peut être lue à partir de l'augmentation de la pression.
LIKAT/Nordlicht
Le formiate de méthyle, l'ester méthylique de l'acide formique, est l'un des produits chimiques les plus importants au monde, avec une production annuelle d'environ six millions de tonnes. Il est utilisé, par exemple, comme solvant pour les graisses et les résines acryliques, comme réfrigérant et comme étape intermédiaire dans les synthèses en chimie organique. Il est encore produit sous haute pression à partir de matières premières fossiles, de méthanol et de monoxyde de carbone.
Utilisation dans un cycleneutre en CO2
Mais il existe déjà des méthodes durables de production, à savoir l'utilisation catalytique duCO2 de l'air, de l'hydrogène et du méthanol, qui peut également être produità base de CO2 depuis longtemps. "Matthias Beller, directeur du LIKAT et l'un des principaux auteurs de l'article de NATURE CATALYSIS. En effet, la libération de l'hydrogène ne produit finalement qu'une quantité deCO2 égale à celle qui a été utilisée pour son stockage dans le formiate de méthyle.
Dans une économie énergétique neutre sur le plan climatique, le stockage chimique de l'hydrogène est recommandé partout où le vent et le soleil sont des sources renouvelables qui produisent de l'énergie électrique de manière durable mais intermittente et, surtout, indépendamment de la demande. L'électricité "excédentaire" produit de l'hydrogène "vert" par électrolyse, qui est converti par catalyse à des fins de stockage. En cas de besoin, l'hydrogène est chimiquement libéré du stockage pour alimenter les piles à combustible ou d'autres systèmes énergétiques.
Avantages par rapport aux systèmes de stockage précédents
Jusqu'à présent, l'acide formique, le méthanol et l'ammoniac constituaient les principales options de stockage chimique del'H2. "Le méthanol et l'ammoniac ont une teneur en hydrogène suffisamment élevée", explique le Dr Henrik Junge, "mais ils ont été classés comme toxiques et inflammables par les organismes des Nations unies". L'acide formique a une densité d'H2 légèrement inférieure à celle du formiate de méthyle, qui est également une substance non toxique dont la manipulation ne pose pas de problème, ajoute-t-il.
Il y a quinze ans, les chimistes du LIKAT ont réussi pour la première fois à obtenir de l'hydrogène à partir de l'acide formique à des températures basses, jusqu'à la température ambiante. Cela a pratiquement ouvert la voie au stockage chimique pratique de cette substance de base et a donné un élan considérable à la recherche dans ce domaine dans le monde entier. Dr Junge : Junge : "Lors de la recherche d'autres sources d'H2, il était évident de voir dans quelle mesure le formiate de méthyle, qui se forme à partir de l'acide formique et du méthanol par séparation de l'eau, pourrait également être utilisé comme moyen de stockage". Mais personne ne l'avait encore fait.
Un démarrage inattendu et puissant
La libération d'hydrogène à partir d'un mélange de méthylformate et d'eau est chimiquement une déshydrogénation. Chez LIKAT, cette déshydrogénation a lieu dans le réacteur sous pression en présence d'un catalyseur au ruthénium. La quantité d'hydrogène produite peut être lue avec précision à partir de la pression générée dans le réacteur.
Dans les conditions de la série de tests, l'acide formique libère l'hydrogène beaucoup plus lentement. Junge : Junge : "Avec le méthanol aqueux, la libération est un peu plus rapide, mais s'arrête rapidement lorsque l'équilibre chimique est établi." En revanche, dans le mélange méthylformate-eau, la pression augmente immédiatement et de manière significative. "C'était surprenant et cela ne pouvait s'expliquer que si nous attribuions à la réaction un mécanisme inconnu jusqu'alors.
Le formiate de méthyle libère de l'hydrogène 20 fois plus vite que le méthanol et cinq fois plus vite que l'acide formique. De telles valeurs ont des conséquences pour la pratique ultérieure. Junge : "Si votre procédé peut fournir un vecteur énergétique 20 fois plus vite que d'habitude, vous pouvez, par exemple, planifier votre installation de manière à ce qu'elle soit plus petite en conséquence ou à ce qu'elle fournisse plus d'utilisateurs que prévu". Les chimistes de LIKAT assurent la pertinence de leurs travaux en coopérant avec le groupe APEX, une entreprise de Rostock-Laage spécialisée dans les technologies de l'hydrogène. Deux brevets ont ainsi été déposés.
Recherche du mécanisme
"Quiconque présente des valeurs aussi surprenantes doit également être en mesure de découvrir le mécanisme moléculaire qui les sous-tend", explique le Dr Junge. Le groupe a discuté de ses résultats avec des théoriciens du LIKAT. Leurs calculs des réactions ont à leur tour donné lieu à de nouvelles expériences en laboratoire.
Le groupe a fait étudier les produits intermédiaires de la réaction, appelés intermédiaires, à l'aide de la RMN et de l'analyse de la structure des rayons X, entre autres méthodes. Elisabetta Alberico de l'Institut de recherche en chimie et biologie moléculaire de Sassari, en Sardaigne, qui était scientifique invitée au LIKAT à Rostock. Elle a réussi à identifier les espèces du cycle catalytique qui accélèrent la libération deH2 et jouent également un rôle décisif dans la réaction à d'autres égards - des résultats qui sont à leur tour nécessaires pour optimiser le processus chimique.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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