Confrontés aux enjeux environnementaux du siècle, des chercheurs allemands offrent une alternative prometteuse dans la fabrication d’acides dicarboxyliques, des composants essentiels dans la production de polyamides. Loin des méthodes traditionnelles coûteuses et polluantes, cette nouvelle technique présente un tournant décisif dans le domaine de la chimie verte.
Les acides dicarboxyliques jouent un rôle crucial dans la fabrication de polyamides, présents dans des produits aussi variés que les cordes d’escalade, les parachutes en nylon ou encore les matériaux pour l’impression 3D. Jusqu’à présent, leur production posait de sérieux problèmes environnementaux, notamment à cause de l’émission de gaz à effet de serre tels que les oxydes d’azote (NOx).
Traditionnellement, la production de ces acides nécessitait des étapes multiples, l’utilisation de métaux lourds et d’acides forts, avec des coûts et une consommation d’énergie considérables.
L’innovation: électrochimie et économie de ressources
« Notre technique est la première à permettre la production des éléments constitutifs des polyamides à partir de composés pétrochimiques et même d’acides gras insaturés en utilisant une approche relativement économe« , a déclaré le professeur Siegfried Waldvogel, de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence.
Le processus repose sur une méthode électrochimique qui ne nécessite que de l’oxygène, de l’électricité et des hydrocarbures à doubles liaisons. De plus, aucuns métaux lourds, acides forts ou émissions de NOx ne sont impliqués, faisant de cette méthode une solution plus respectueuse de l’environnement.
« Ce qui est vraiment fascinant dans notre processus, c’est que l’intervention électrochimique est nécessaire à la fois à l’anode et à la cathode« , explique M. Waldvogel. Alors que des radicaux oxydants sont créés à l’anode, l’oxygène est réduit en anions superoxydes à l’électrode opposée. Les radicaux et les anions superoxydes se rassemblent dans la solution et réagissent pour former le produit souhaité, l’acide carboxylique.
Les chercheurs ont répété le processus avec succès dans des cellules électrolytiques standard et à flux.
La mise en œuvre: simplicité et efficacité
Cette nouvelle technique présente de nombreux avantages : Les métaux lourds et les acides forts ne sont plus nécessaires et aucun oxyde d’azote n’est généré. Les seules matières premières nécessaires sont l’oxygène, l’électricité et les hydrocarbures à double liaison. Comme aucun sous-produit n’est créé et que le solvant peut être récupéré et recyclé, le processus est très rentable.
Le processus fonctionne dans des cellules électrolytiques standard et en flux continu, ce qui signifie qu’il est très économique. « Il s’agit d’un procédé innovant et moins nocif pour la production d’acides carboxyliques, offrant ainsi une contribution précieuse aux fabricants souhaitant remplacer les procédés nocifs pour le climat par une approche écologique« , a conclu Waldvogel.
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L’équipe de recherche travaille actuellement à la mise à l’échelle du procédé de laboratoire afin de le rendre utilisable à des fins commerciales.
En synthèse
Cette nouvelle méthode, développée par des chercheurs de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence et d’Evonik, marque une étape importante dans la réduction de l’impact environnemental de la chimie industrielle. Elle présente une alternative viable et écoresponsable à la production d’acides dicarboxyliques, essentiels dans la fabrication de nombreux produits du quotidien.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’électrochimie ?
L’électrochimie est une branche de la chimie qui étudie les réactions chimiques générées par un courant électrique.
Quels sont les avantages environnementaux de cette nouvelle méthode ?
La méthode évite l’émission de gaz à effet de serre et ne nécessite pas l’usage de métaux lourds ou d’acides forts.
Est-ce que cette méthode est économiquement viable ?
Oui, le processus est économique car il nécessite moins de ressources et permet de recycler le solvant utilisé.
Quels sont les domaines d’application des acides dicarboxyliques ?
Ils sont utilisés dans la fabrication de polyamides qui se retrouvent dans des produits comme les cordes d’escalade, les parachutes et les matériaux d’impression 3D.
Quelle est la prochaine étape pour cette recherche ?
L’équipe de recherche travaille actuellement sur le passage à l’échelle industrielle du processus.
Article : « Electrochemical oxo-functionalization of cyclic alkanes and alkenes using nitrate and oxygen » – DOI : 10.1038/s41467-023-40259-0 / Nature Communications
