Une équipe de chercheurs de l’Université de Minnesota a réussi à surmonter un obstacle majeur dans leur quête à concevoir un dispositif de tamis moléculaires qui pourrait rendre la production d’essence, de plastiques et divers produits chimiques plus rentables et plus économes en énergie.
Cette découverte publiée dans le numéro le plus récent de la revue "Sciences" a été menée par le professeur Michael Tsapatsis, professeur au Collège des sciences et génies de l’Université du Minnesota.
Après plus d’une décennie de recherches, l’équipe a conçu un moyen de développer un système autonome, en nanofeuillets zéolithe ultra-minces qui comme les films minces peuvent accélérer le processus de filtration et nécessitent beaucoup moins d’énergie. L’équipe a déposé un brevet provisoire et espère bien commercialiser sa technologie.
« En plus de la recherche sur les combustibles renouvelables, les produits chimiques et les plastiques naturels, nous avons aussi besoin d’étudier le processus de production de ces produits et d’essayer de trouver des façons d’économiser de l’énergie », a déclaré M. Tsapatsis.
La phase de séparation des substances peut exiger d’énormes quantités d’énergie – estimées à environ 15% de l’énergie totale consommée – dont une partie est gaspillée en raison simplement de l’inefficacité des processus. Lorsque les hydrocarbures étaient encore abondants et peu coûteux, ce gaspillage et cette sur-consommation d’énergie influaient peu comme dans le processus de distillation adopté pour purifier l’essence. Mais alors que les prix de l’énergie et les politiques de soutien à l’efficacité énergétique augmentaient, la nécessité de trouver une alternative plus économe en énergie est devenue une nécessité.
Une option prometteuse plus efficiente dans la séparation à haute résolution des matières premières tient dans les membranes moléculaires. Elles sont basées sur l’adsorption préférentielle, un phénomène de surface par lequel des atomes ou des molécules de gaz ou de liquides (adsorbats) se fixent sur une surface solide (adsorbant) selon divers processus plus ou moins intenses, et / ou sur le tamisage de molécules d’une taille minuscule et de différentes formes. Parmi les candidats potentiels pour les membranes de séparation, on trouve les matériaux en zéolite ( : cristaux disposant de pores à l’échelle moléculaire) particulièrement prometteuses.
Alors que les zéolithes ont été utilisés comme adsorbants et catalyseurs pendant plusieurs décennies, il y a eu d’autres défis considérables dans le traitement des matériaux zéolithiques dans l’extension de feuilles qui restent intacts. Afin de réaliser des économies d’énergie face à cette technologie, les scientifiques ont besoin d’élaborer des méthodes de dépôts rentables, fiables et évolutives pour la conception de zéolite en couches minces.
L’Equipe de l’Université du Minnesota a utilisé les ondes sonores dans un processus de centrifugation dédié afin de développer un "tapis" de cristaux floconneux qui sont non seulement plats, mais aussi de la bonne épaisseur. Le produit résultant peut être utilisé pour séparer les molécules d’un tamis ou d’une barrière membraneuse à la fois dans des applications de recherche et industrielles.
"Nous pensons que cette découverte est très prometteuse pour des applications commerciales", a déclaré Kumar Varoon, docteur en science des matériaux et l’un des principaux auteurs de l’article publié dans Science. "Ce matériau a une bonne couverture et demeure très mince. Il pourrait réduire considérablement les coûts de production dans les raffineries et les processus d’économies d’énergie."
