Biodiesel : nouveau catalyseur en une seule étape

Un catalyseur solide mis au point par une équipe de chercheurs pluridisciplinaires (GB) pourrait dans l’avenir permettre aux agriculteurs de produire du biodiesel à partir de n’importe quelle variété d’huile végétale et ce, en une seule étape.

En effet, la méthode de production couramment utilisée nécessite un grand nombre d’étapes qui permettent de neutraliser et d’éliminer les acides gras contenus dans l’huile. Notons qu’il est indispensable de supprimer ces acides gras qui peuvent corroder les pièces du moteur des véhicules.

Ce projet, financé par le conseil de recherche Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC, conseil de recherche pour les sciences physiques et de l’ingénieur) réunira les universités de York, Manchester et Newcastle. L’entreprise BP Biofuels est également partenaire de ce projet. Pour l’heure les chercheurs n’en sont qu’à la phase de conception du catalyseur.

Selon le Dr Adam Lee de la Faculté de chimie à l’Université de York, les producteurs de biocarburants font trop largement appel à la chimie de synthèse. En effet, de grandes quantités de catalyseurs chimiques tel que l’hydroxyde de sodium sont utiliseés afin d’accélérer la réaction d’estérification au cours de laquelle on fait réagir l’huile et l’alcool pour obtenir du biocarburant. C’est la raison pour laquelle les chercheurs impliqués dans ce projet tentent de développer un catalyseur solide innovant. Ce catalyseur sera utilisé dans des réacteurs à écoulement continu plutôt que des réacteurs discontinus très largement employés lors de la production de biodiesel, mais qui présentent de nombreux inconvénients. Par exemple, avec un réacteur discontinu, il est difficile de séparer les produits de la réaction tant que celle-ci n’est pas terminée. Il est donc impossible de produire des agrocarburants de façon continue.

Pour cela, les chercheurs essaient de développer des catalyseurs solides mésostructurés de seconde génération à grande surface d’échange. L’interconnection entre les pores de la surface catalytique sera définie par modélisation informatique. Cette technique permet d’obtenir des catalyseurs dont la géométrie facilite la chimisorption des réactifs de la phase fluide (huile végétale). Le catalyseur utilisé sera de type silice présentant un diamètre de pores larges pour permettre la diffusion des longues chaines de molécules impliquées dans la réaction. La silice a été choisie comme substrat pour ses propriétés chimiques, thermodynamiques et structurales. Le catalyseur sera testé à Newcastle dans un réacteur à flux oscillatoire continu.

Ce catalyseur pourra entretenir deux réactions chimiques : l’une permettant de neutraliser les acides gras libres alors que l’autre assure l’estérification des triglycérides de l’huile végétale en biodiesel. Les acides seront convertis en esters, molécules non-corrosives pour les moteurs de véhicule. Une solution serait de mettre en place deux lits de catalyseurs. Sur le premier, l’écoulement du fluide permettrait de faire face aux acides gras, avant de passer au deuxième lit pour la création de biodiésel. Mais idéalement, les chercheurs espèrent concevoir des catalyseurs qui possèdent à la fois des sites basiques et acides, de sorte que les sites acides estérifient les contaminants indésirables et les sites basiques assurent la production de biodiesel. Pour cela, les chercheurs proposent de greffer sur la silice des nanoparticules d’oxyde de magnésium (base solide) ainsi qu’une gamme d’acides solides comme par exemple, le sulfate de zirconium.

L’un des objectifs du projet est d’obtenir un catalyseur adapté à des matières premières telles que le Jatropha (arbuste originaire d’Amérique du Sud produisant une huile aux propriétés proches de celles du gazole) qui pousse dans les zones arides et dont le mode de culture n’est pas en concurrence avec les cultures vivrières. Un autre objectif de l’équipe de chercheurs serait de fabriquer des réacteurs portables pour la production de biocarburants. Grâce aux catalyseurs solides, il serait alors possible de créer un réacteur de 2m de long à faible poids (légèreté du lit catalytique), dans lequel les huiles végétales seraient versées au sommet et le biodiesel serait recueilli à la base.