Une production respectueuse de formiate et d’hydrogène à partir du glycérol, un déchet industriel

Des chercheurs de l’université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ont développé une méthode permettant d’obtenir les matières premières précieuses que sont le formiate et l’hydrogène à partir du déchet glycérol. Les formiates sont les sels de l’acide formique et sont largement utilisés dans l’industrie chimique, tandis que l’hydrogène peut servir, par exemple, de vecteur d’énergie pour alimenter les véhicules.

La nouvelle méthode peut être alimentée par de l’électricité durable et ne produit pas de CO₂. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés par l’équipe dans la revue Advanced Energy Materials. Le professeur Carsten Streb du département de chimie de la JGU, qui a supervisé l’étude, a souligné : « L’approche que nous avons conçue pourrait apporter une contribution significative à l’électrification de l’industrie chimique. C’est un moteur important pour les développements commerciaux à grande échelle visant à réduire les émissions industrielles de CO₂. Les processus qui nécessitent actuellement des quantités considérables de pétrole ou de gaz naturel pourraient à l’avenir être alimentés par de l’électricité durable. »

Une production de formiate sans CO₂

Le nouveau procédé repose sur la méthode établie de l’électrolyse de l’eau. Celle-ci consiste à utiliser de l’électricité pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. En utilisant une électrolyse dite hybride, les chercheurs ont utilisé du glycérol en plus de l’eau comme matière première ; le glycérol est produit en grande quantité comme sous-produit de la production de biodiesel. Le deuxième produit généré lors de l’électrolyse est donc le formiate correspondant plutôt que l’oxygène. Les formiates sont généralement produits à partir du pétrole, mais le procédé correspondant est associé à l’émission de grandes quantités de CO₂.

Streb a ajouté : « D’un autre côté, la génération électrochimique de formiates à partir du glycérol est neutre en CO₂ si elle est réalisée avec de l’électricité verte. » En termes chimiques, ce que les chercheurs ont accompli grâce à leur électrolyse du glycérol est de décomposer le glycérol, qui a un squelette de trois atomes de carbone, pour créer un formiate qui ne contient qu’un seul atome de carbone.

Le développement d’un nouveau catalyseur

Le nouveau procédé repose sur un catalyseur innovant développé par les chercheurs. Au niveau moléculaire, le catalyseur combine à proximité immédiate les deux métaux cuivre et palladium. Streb a révélé : « Nous avons non seulement réussi à créer ce catalyseur, mais nous avons déjà une très bonne idée de ce que le matériau fait et comment nous pouvons optimiser son fonctionnement. »

Des perspectives théoriques et expérimentales sur ce point ont été fournies par une équipe coopérante de l’Université nationale des sciences et technologies de Taïwan.

Par la suite, l’équipe dirigée par Streb prévoit d’étudier s’il est possible de remplacer le métal noble coûteux, le palladium, dans le catalyseur par des métaux abondants sur Terre. L’équipe vise également le développement d’une nouvelle méthode pour convertir le formiate en méthanol – la demande en méthanol est substantiellement plus grande que celle en formiate. Cela pourrait s’avérer possible grâce à l’introduction d’un deuxième procédé d’électrolyse réductrice.

Des développements dans le domaine de recherche de pointe SusInnoScience

La recherche menée à la JGU a été entreprise dans le contexte du domaine de recherche de pointe SusInnoScience (chimie durable comme clé de l’innovation pour une science sobre en ressources dans l’Anthropocène), dont le but est de développer des procédés de production chimiques et biotechnologiques durables. Ce domaine de recherche de pointe à la JGU est financé par l’initiative de recherche de l’État de Rhénanie-Palatinat. Le travail correspondant a également été une caractéristique du programme Sustainable Processes and Materials des universités du Rhin-Main (JGU, université Goethe de Francfort-sur-le-Main et université technique de Darmstadt).

Il est également à noter que cinq des postdoctorants impliqués ont été sponsorisés par la fondation Alexander von Humboldt. « C’est un projet international qui bénéficie considérablement du fait que nous sommes en mesure de recruter des talents internationaux par le biais de la fondation Humboldt », a conclu Streb.

Article : Molecular Bottom-Up Design of Single-Site Copper-Palladium Catalysts for Selective Glycerol Electro-Oxidation – Journal : Advanced Energy Materials – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : Johannes Gutenberg U.