Un nouveau catalyseur peut transformer le méthane en quelque chose d'utile
Les ingénieurs chimistes du MIT ont mis au point un moyen de capturer le méthane, un puissant gaz à effet de serre, et de le convertir en polymères
Bien qu'il soit moins abondant que le dioxyde de carbone, le méthane contribue de manière disproportionnée au réchauffement de la planète, car il retient davantage de chaleur dans l'atmosphère que le dioxyde de carbone, en raison de sa structure moléculaire.
Les ingénieurs chimistes du MIT ont maintenant conçu un nouveau catalyseur capable de convertir le méthane en polymères utiles, ce qui pourrait contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
"Que faire du méthane est un problème de longue date", explique Michael Strano, professeur de génie chimique Carbon P. Dubbs au MIT et auteur principal de l'étude. "C'est une source de carbone, et nous voulons l'empêcher d'entrer dans l'atmosphère tout en le transformant en quelque chose d'utile.
Le nouveau catalyseur fonctionne à température ambiante et à pression atmosphérique, ce qui pourrait permettre de le déployer plus facilement et plus économiquement sur les sites de production de méthane, tels que les centrales électriques et les étables.
Daniel Lundberg PhD '24 et Jimin Kim, postdoc au MIT, sont les auteurs principaux de l'étude, publiée dans Nature Catalysis. Yu-Ming Tu, ancien postdoc, et Cody Ritt, postdoc, sont également auteurs de l'article.
Capture du méthane
Le méthane est produit par des bactéries connues sous le nom de méthanogènes, qui sont souvent fortement concentrées dans les décharges, les marais et d'autres sites de biomasse en décomposition. L'agriculture est une source importante de méthane, et le méthane est également un sous-produit du transport, du stockage et de la combustion du gaz naturel. Dans l'ensemble, on estime qu'il est responsable d'environ 15 % de l'augmentation de la température mondiale.
Au niveau moléculaire, le méthane est constitué d'un seul atome de carbone lié à quatre atomes d'hydrogène. En théorie, cette molécule devrait constituer un bon élément de base pour la fabrication de produits utiles tels que les polymères. Toutefois, la conversion du méthane en d'autres composés s'est avérée difficile, car pour le faire réagir avec d'autres molécules, il faut généralement des températures et des pressions élevées.
Pour parvenir à convertir le méthane sans cet apport d'énergie, l'équipe du MIT a conçu un catalyseur hybride composé de deux éléments : une zéolithe et une enzyme d'origine naturelle. Les zéolithes sont des minéraux argileux abondants et peu coûteux, et des travaux antérieurs ont montré qu'elles pouvaient être utilisées pour catalyser la conversion du méthane en dioxyde de carbone.
Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une zéolithe appelée silicate d'aluminium modifié par le fer, associée à une enzyme appelée alcool oxydase. Les bactéries, les champignons et les plantes utilisent cette enzyme pour oxyder les alcools.
Ce catalyseur hybride effectue une réaction en deux étapes : la zéolite convertit le méthane en méthanol, puis l'enzyme convertit le méthanol en formaldéhyde. Cette réaction génère également du peroxyde d'hydrogène, qui est réinjecté dans la zéolithe afin de fournir une source d'oxygène pour la conversion du méthane en méthanol.
Cette série de réactions peut se produire à température ambiante et ne nécessite pas de pression élevée. Les particules de catalyseur sont suspendues dans l'eau, qui peut absorber le méthane de l'air ambiant. Pour les applications futures, les chercheurs envisagent de peindre le catalyseur sur des surfaces.
"D'autres systèmes fonctionnent à haute température et à haute pression, et utilisent du peroxyde d'hydrogène, un produit chimique coûteux, pour conduire l'oxydation du méthane. Mais notre enzyme produit du peroxyde d'hydrogène à partir de l'oxygène, et je pense donc que notre système pourrait être très rentable et évolutif", explique Kim.
Construction de polymères
Une fois le formaldéhyde produit, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient utiliser cette molécule pour générer des polymères en y ajoutant de l'urée, une molécule azotée présente dans l'urine. Ce polymère semblable à une résine, connu sous le nom d'urée-formaldéhyde, est maintenant utilisé dans les panneaux de particules, les textiles et d'autres produits.
Les chercheurs pensent que ce catalyseur pourrait être incorporé dans les tuyaux utilisés pour le transport du gaz naturel. Dans ces tuyaux, le catalyseur pourrait générer un polymère qui agirait comme un scellant pour guérir les fissures dans les tuyaux, qui sont une source courante de fuites de méthane. Le catalyseur pourrait également être appliqué sous forme de film pour recouvrir les surfaces exposées au méthane, produisant ainsi des polymères qui pourraient être collectés pour être utilisés dans la fabrication, affirment les chercheurs.
Le laboratoire de M. Strano travaille actuellement sur des catalyseurs qui pourraient être utilisés pour éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le combiner avec du nitrate pour produire de l'urée. Cette urée pourrait ensuite être mélangée au formaldéhyde produit par le catalyseur zéolite-enzyme pour produire de l'urée-formaldéhyde.
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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