En 2023, environ 16 milliards de litres de biodiesel et de diesel HVO ont été produits dans l’Union européenne, à partir de maïs, de colza ou en partie de déchets issus de la production agricole. Un sous-produit de la production de biodiesel est le glycérol, qui peut être utilisé comme élément de base pour la production de produits chimiques précieux tels que la dihydroxyacétone, l’acide formique, le glycéraldéhyde et le glycolaldéhyde via une réaction d’oxydation du glycérol (GOR). Le glycérol peut être oxydé électrochimiquement dans des réacteurs (photo)électrochimiques (PEC), qui sont actuellement développés spécifiquement pour la production d’hydrogène vert.
Cependant, cette voie dans les installations PEC est encore peu exploitée à l’heure actuelle, même si elle pourrait augmenter considérablement l’efficacité économique du procédé PEC Power-to-X, car l’oxydation du glycérol nécessite un apport énergétique bien moindre que la production d’hydrogène par séparation de l’eau, mais produit en même temps des produits chimiques plus précieux.
Étude de l’influence de différents électrolytes
De nombreuses études ont déjà étudié le rôle des photocatalyseurs dans les électrolyseurs PEC, alors que le rôle de l’électrolyte n’avait pas encore été analysé de manière systématique. Une équipe dirigée par le Dr Marco Favaro de l’Institut des combustibles solaires vient de dévoiler l’influence de la composition de l’électrolyte sur l’efficacité et la stabilité de l’oxydation du glycérol.
Le document de l’équipe est publié dans le journal Sciences chimiques.
Ils ont utilisé une cellule PEC avec des photoanodes en vanadate de bismuth nanoporeux (BiVO4). Ils ont testé des électrolytes acides (pH = 2) avec divers cations et anions, dont le nitrate de sodium (NaNO3), le perchlorate de sodium (NaClO4), le sulfate de sodium (Na2SO4), le sulfate de potassium (K2SO4) et le phosphate de potassium (KPi).
« Nos résultats ont montré que les photoanodes BiVO4 fonctionnent mieux dans NaNO3 et surpassent le Na2SO4 couramment utilisé en termes de photocourant, de stabilité et de taux de production de produits de réaction d’oxydation du glycérol de haute qualité », résume Favaro.
Le nitrate de sodium est le plus efficace
L’équipe a également étudié les raisons de cette différence de performance. Leur hypothèse est que la taille des ions, leurs différentes capacités de relargage/relargage (série Hofmeister) et leur capacité tampon de pH différente jouent un rôle.
« La composition de l’électrolyte a un effet surprenant et clair sur l’efficacité de l’oxydation du glycérol, et nous avons pu observer cette tendance à la fois dans les anodes en vanadate de bismuth et dans les anodes en platine polycristallin », explique Heejung Kong, doctorant. Cela confirme l’hypothèse selon laquelle ces résultats pourraient s’appliquer de manière générale à différents matériaux et procédés.
Le choix de l’électrolyte est donc d’une grande importance pour l’efficacité et la stabilité de l’oxydation du glycérol.
« Nos recherches pourraient aider à convertir plus efficacement les sous-produits de la biomasse en produits chimiques de valeur et à produire des produits chimiques de valeur à partir de déchets tout en minimisant l’impact sur l’environnement », explique Favaro.
Plus d’information:
Heejung Kong et al, Sélection d’électrolytes pour une oxydation photoélectrochimique efficace du glycérol sur BiVO4, Sciences chimiques (2024). DOI: 10.1039/D4SC01651C