Les métaux liquides bousculent des procédés de génie chimique centenaires
Offrir à l'industrie chimique une "possibilité inégalée" de changer l'avenir des procédés chimiques
Les métaux liquides pourraient être la solution tant attendue pour "écologiser" l'Industrie chimique, selon des chercheurs qui ont testé une nouvelle technique dont ils espèrent qu'elle pourra remplacer des procédés de génie chimique à forte consommation d'énergie datant du début du 20e siècle.
Agitation de gallium liquide dans une boîte de Pétri.
University of Sydney/Philip Ritchie
La production chimique représente environ 10 à 15 % des émissions totales de gaz à effet de serre. Plus de 10 % de l'énergie totale utilisée dans le monde l'est également dans les usines chimiques.
Les résultats publiés dans Nature Nanotechnology offrent une innovation indispensable qui s'éloigne des anciens catalyseurs à forte consommation d'énergie fabriqués à partir de matériaux solides. La recherche est dirigée par le professeur Kourosh Kalantar-Zadeh, directeur de l'école d'ingénierie chimique et biomoléculaire de l'université de Sydney, et par le Dr Junma Tang, qui travaille conjointement à l'université de Sydney et à l'UNSW.
Un catalyseur est une substance qui accélère et facilite les réactions chimiques sans y participer. Les catalyseurs solides, généralement des métaux solides ou des composés solides de métaux, sont couramment utilisés dans l'industrie chimique pour fabriquer des plastiques, des engrais, des carburants et des matières premières.
Cependant, la production de produits chimiques à l'aide de procédés solides consomme beaucoup d'énergie, car elle nécessite des températures pouvant atteindre un millier de degrés centigrades.
Le nouveau procédé utilise plutôt des métaux liquides, en l'occurrence l'étain et le nickel dissous, ce qui leur confère une mobilité unique, leur permettant de migrer à la surface des métaux liquides et de réagir avec des molécules d'entrée telles que l'huile de canola. Il en résulte une rotation, une fragmentation et un réassemblage des molécules d'huile de canola en chaînes organiques plus petites, dont le propylène, un combustible à haute énergie essentiel pour de nombreuses industries.
"Notre méthode offre à l'industrie chimique une possibilité inégalée de réduire la consommation d'énergie et d'écologiser les réactions chimiques", a déclaré le professeur Kalantar-Zadeh.
"On s'attend à ce que le secteur chimique représente plus de 20 % des émissions d'ici 2050", a déclaré le professeur Kalantar-Zadeh. "Mais la fabrication de produits chimiques est beaucoup moins visible que d'autres secteurs - un changement de paradigme est vital.
Comment le processus fonctionne-t-il ?
Dans les métaux liquides, les atomes sont disposés de manière plus aléatoire et disposent d'une plus grande liberté de mouvement que dans les solides. Cela leur permet d'entrer facilement en contact avec des réactions chimiques et d'y participer. "Théoriquement, ils peuvent catalyser des produits chimiques à des températures beaucoup plus basses, ce qui signifie qu'ils nécessitent beaucoup moins d'énergie", a déclaré le professeur Kalantar-Zadeh.
Dans leur recherche, les auteurs ont dissous du nickel et de l'étain à point de fusion élevé dans un métal liquide à base de gallium dont le point de fusion n'est que de 30 degrés centigrades.
En dissolvant le nickel dans du gallium liquide, nous avons eu accès à du nickel liquide à très basse température, agissant comme un 'super' catalyseur". En comparaison, le point de fusion du nickel solide est de 1455 degrés centigrades. Le même effet, à un degré moindre, est également observé pour l'étain métal dans le gallium liquide", a déclaré le Dr Tang.
Les métaux ont été dispersés dans des solvants métalliques liquides au niveau atomique. "Nous avons donc accès à des catalyseurs à un seul atome. L'atome unique est la plus grande surface accessible pour la catalyse, ce qui offre un avantage remarquable à l'industrie chimique", a déclaré le Dr Arifur Rahim, auteur principal et boursier DECRA à l'École d'ingénierie chimique et biomoléculaire.
Les chercheurs ont indiqué que leur formule pourrait également être utilisée pour d'autres réactions chimiques en mélangeant des métaux à l'aide de processus à basse température.
"La catalyse nécessite une température si basse que nous pourrions même théoriquement la réaliser dans la cuisine avec la table de cuisson au gaz - mais n'essayez pas cela chez vous", a déclaré le Dr Tang.
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.
Publication originale
Junma Tang, Andrew J. Christofferson, Jing Sun, Qingfeng Zhai, Priyank V. Kumar, Jodie A. Yuwono, Mohammad Tajik, Nastaran Meftahi, Jianbo Tang, Liming Dai, Guangzhao Mao, Salvy P. Russo, Richard B. Kaner, Md. Arifur Rahim, Kourosh Kalantar-Zadeh; "Dynamic configurations of metallic atoms in the liquid state for selective propylene synthesis"; Nature Nanotechnology, 2023-11-9
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