Des déchets à la valeur ajoutée : les électrolytes appropriés peuvent améliorer l'oxydation du glycérol
"Nos recherches pourraient permettre de convertir plus efficacement les sous-produits de la biomasse en produits chimiques de valeur
Lorsque la biomasse est convertie en biodiesel, d'énormes quantités de glycérol sont produites comme sous-produit. Jusqu'à présent, ce sous-produit a été peu utilisé, alors qu'il pourrait être transformé en produits chimiques plus précieux par oxydation dans des réacteurs photoélectrochimiques. La raison en est le manque d'efficacité et de sélectivité. Une équipe dirigée par le Dr Marco Favaro de l'Institut des combustibles solaires de HZB a étudié l'influence des électrolytes sur l'efficacité de la réaction d'oxydation du glycérol. Les résultats peuvent aider à développer des processus de production plus efficaces et plus respectueux de l'environnement.
Les groupes hydroxyles du glycérol sont attirés par les ions Bi3+ à la surface de la photoanode BiVO4. L'électrolyte joue un rôle décisif dans la médiation de ces interactions.
© HZB
En 2023, environ 16 milliards de litres de biodiesel et de diesel HVO ont été produits dans l'Union européenne, à base de maïs, de colza ou en partie de déchets issus de la production agricole. Un sous-produit de la production de biodiesel est le glycérol, qui peut être utilisé comme élément de base pour la production de produits chimiques précieux tels que la dihydroxyacétone, l'acide formique, le glycéraldéhyde et le glycolaldéhyde par le biais d'une réaction d'oxydation du glycérol (GOR). Le glycérol peut être oxydé électrochimiquement dans des réacteurs (photo)électrochimiques (PEC), qui sont actuellement développés en particulier pour la production d'hydrogène vert. Cependant, cette voie dans les usines PEC est encore peu exploitée à l'heure actuelle, alors qu'elle pourrait augmenter de manière significative l'efficacité économique du processus PEC Power-to-X, puisque l'oxydation du glycérol nécessite un apport d'énergie beaucoup moins important que la production d'hydrogène par scission de l'eau, mais produit en même temps des produits chimiques plus précieux.
Examen de l'influence de différents électrolytes
De nombreuses études ont déjà examiné le rôle des photocatalyseurs dans les électrolyseurs PEC, mais le rôle de l'électrolyte n'avait pas encore été analysé de manière systématique. Une équipe dirigée par le Dr Marco Favaro de l'Institut des combustibles solaires a maintenant dévoilé l'influence de la composition de l'électrolyte sur l'efficacité et la stabilité de l'oxydation du glycérol.
Ils ont utilisé une cellule PEC avec des photo-anodes en vanadate de bismuth nanoporeux (BiVO4). Ils ont testé des électrolytes acides (pH = 2) avec différents cations et anions, dont le nitrate de sodium (NaNO3), le perchlorate de sodium (NaClO4), le sulfate de sodium (Na2SO4), le sulfate de potassium (K2SO4) et le phosphate de potassium (KPi). "Nos résultats ont montré que les photoanodes BiVO4 sont plus performantes dans le NaNO3 et surpassent le Na2SO4 couramment utilisé en termes de photocourant, de stabilité et de taux de production de produits de réaction d'oxydation du glycérol de haute qualité", résume M. Favaro.
Le nitrate de sodium est le plus performant
L'équipe a également étudié les raisons de cette différence de performance : son hypothèse est que la taille des ions, leurs différentes capacités de salage à l'entrée et à la sortie (série de Hofmeister) et leurs différents pouvoirs de tamponnement du pH jouent un rôle. "La composition de l'électrolyte a un effet clair et surprenant sur l'efficacité de l'oxydation du glycérol, et nous avons pu observer cette tendance à la fois sur les anodes en vanadate de bismuth et en platine polycristallin", explique Heejung Kong, étudiant en doctorat. Cela confirme l'hypothèse selon laquelle ces résultats pourraient s'appliquer de manière générale à différents matériaux et processus.
Le choix de l'électrolyte est donc très important pour l'efficacité et la stabilité de l'oxydation du glycérol. "Notre recherche pourrait contribuer à convertir plus efficacement les sous-produits de la biomasse en produits chimiques de valeur et à produire des produits chimiques de valeur à partir de déchets tout en minimisant l'impact sur l'environnement", conclut M. Favaro.
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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