Les asphaltènes, un sous-produit de la production de pétrole brut, sont des déchets à fort potentiel. Les scientifiques de l’Université Rice sont déterminés à le trouver en convertissant la ressource riche en carbone en graphène utile.
Muhammad Rahman, professeur adjoint de recherche en science des matériaux et en nano-ingénierie, utilise le procédé unique de chauffage flash Joule de Rice pour convertir instantanément les asphaltènes en graphène turbostratique (faiblement aligné) et les mélanger en composites pour des applications thermiques, anti-corrosion et d’impression 3D.
Le processus fait bon usage des matériaux autrement brûlés pour être réutilisés comme combustible ou jetés dans des bassins de résidus et des décharges. Utiliser au moins une partie de la réserve mondiale de plus de 1 billion de barils d’asphaltène comme matière première pour le graphène serait également bon pour l’environnement.
« L’asphaltène est un gros casse-tête pour l’industrie pétrolière, et je pense que cela suscitera beaucoup d’intérêt », a déclaré Rahman, qui a qualifié le processus de moyen à la fois évolutif et durable de réduire les émissions de carbone provenant de la combustion d’asphaltène.
Rahman est l’un des principaux auteurs correspondants de l’article dans Avancées scientifiques co-dirigé par le chimiste Rice James Tour, dont le laboratoire a développé le chauffage flash Joule, le scientifique des matériaux Pulickel Ajayan et Md Golam Kibria, professeur adjoint de génie chimique et pétrolier à l’Université de Calgary, Canada.
Les asphaltènes contiennent déjà 70 à 80 % de carbone. Le laboratoire Rice le combine avec environ 20% de noir de carbone pour ajouter de la conductivité et le fait clignoter avec une secousse d’électricité, le transformant en graphène en moins d’une seconde. D’autres éléments de la charge d’alimentation, notamment l’hydrogène, l’azote, l’oxygène et le soufre, sont évacués sous forme de gaz.
« Nous essayons de maintenir la teneur en noir de carbone aussi faible que possible car nous voulons maximiser l’utilisation de l’asphaltène », a déclaré Rahman.
« Le gouvernement a fait pression sur les industries pétrolières pour qu’elles s’en occupent », a déclaré Rice, étudiant diplômé et co-auteur principal, MASR Saadi. « Il y a des milliards de barils d’asphaltène disponibles, nous avons donc commencé à travailler sur ce projet principalement pour voir si nous pouvions fabriquer de la fibre de carbone. Cela nous a amenés à penser que nous devrions peut-être essayer de fabriquer du graphène avec un chauffage flash Joule. »
Assuré que le procédé de Tour fonctionnait aussi bien sur l’asphaltène que sur diverses autres matières premières, y compris le plastique, les déchets électroniques, pneusdes cendres volantes de charbon et même des pièces de voiture, les chercheurs se sont mis à fabriquer des objets avec leur graphène.
Saadi, qui travaille avec Rahman et Ajayan, a mélangé le graphène dans des composites, puis dans des encres polymères destinées aux imprimantes 3D. « Nous avons optimisé la rhéologie de l’encre pour montrer qu’elle est imprimable », a-t-il déclaré, notant que les encres ne contiennent pas plus de 10% de graphène mélangé. Des tests mécaniques des objets imprimés sont à venir, a-t-il déclaré.
Paul Advincula, étudiant diplômé de Rice, membre du laboratoire Tour, est co-auteur principal de l’article.
Plus d’information:
MASR Saadi et al, Valorisation Durable des Asphaltènes par Chauffage Flash Joule, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.add3555. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add3555