Sous-produit de la mise en décharge, de l’élevage, de l’extraction du charbon et d’autres activités humaines, les émissions de méthane sont l’un des principaux moteurs du changement climatique.
Pourtant, pendant des décennies, les scientifiques ont eu du mal à développer des moyens peu coûteux d’utiliser le méthane, qui est le principal composant du gaz naturel, sans produire également de dioxyde de carbone, le gaz à effet de serre le plus abondant dans l’atmosphère terrestre.
Parmi les solutions possibles figure le reformage à sec, un processus qui a le potentiel de convertir à la fois le méthane et le dioxyde de carbone en matières premières chimiques, qui sont des matières premières pouvant être utilisées pour fabriquer ou transformer d’autres produits.
Cependant, pour que le reformage à sec devienne commercialement viable, des catalyseurs nouveaux et améliorés sont nécessaires.
Dans deux études menées par l’Université de Buffalo et publiées en juin, l’une en Catalyse chimiquel’autre dans Angewandte Chemie—les chercheurs rapportent une nouvelle méthode de production pour créer des catalyseurs à base de nickel qui pourraient surmonter des défis de longue date.
« Pour atteindre les objectifs de l’Accord de Paris, pour atteindre la neutralité carbone, nous devons mettre en œuvre de nombreux changements à la fois dans la production d’énergie et dans la production de matières premières chimiques », déclare l’auteur principal des études, Mark Swihart, Ph.D., professeur émérite SUNY et président. du département de génie chimique et biologique de la faculté d’ingénierie et de sciences appliquées de l’UB.
Shuo Liu, un doctorat. candidat dans le laboratoire de Swihart, est le premier auteur des études.
Les co-auteurs ayant des liens avec UB incluent Satyarit Rao, Mihir Shah, Jilun Wei, Kaiwen Chen et Zhengxi Xuan ; ainsi qu’Eleni A. Kyriakidou, Ph.D., professeur adjoint de génie chimique et biologique à l’UB, et Junjie Chen, Ph.D., chercheur postdoctoral à l’Université de Stanford qui a obtenu un doctorat. dans le laboratoire de Kyriakidou.
D’autres co-auteurs incluent Jeffery J. Urban, Ph.D., directeur de l’installation de nanostructures inorganiques à la fonderie moléculaire du Lawrence Berkeley National Lab, et Chaochao Dun, Ph.D., chercheur postdoctoral au laboratoire d’Urban.
Swihart explique que le reformage à sec du méthane n’est pas commercialement viable en utilisant les catalyseurs à base de nickel existants, qui cessent de fonctionner parce que leurs particules catalytiquement actives se recouvrent de dépôts de carbone (cokéfaction) ou se combinent en particules plus grosses et moins actives (frittage). Les catalyseurs les plus prometteurs nécessitent également des procédures de production complexes.
Pour remédier à ce problème, l’équipe de recherche a développé un procédé d’aérosol en une étape pour fabriquer des catalyseurs à faible coût et à haute performance. Le processus est basé sur un réacteur à flamme unique développé dans le laboratoire de Swihart.
L’équipe a utilisé le réacteur pour créer de minuscules particules sphériques appelées nanoshells qui résistent à la fois à la cokéfaction et au frittage.
Dans le Catalyse chimique étude, l’équipe a rapporté que, au cours de 500 heures, les catalyseurs sont restés efficaces, convertissant 98% du méthane en gaz synthétique, ou gaz de synthèse, qui est un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone qui peut ensuite être utilisé pour produire une variété de produits chimiques.
Dans une deuxième étude, l’équipe a utilisé le réacteur pour produire un nouveau matériau de silice mésoporeux dont la surface dépasse 1 000 mètres carrés par gramme. L’équipe a également créé une méthode pour déposer du nickel ou d’autres nanoparticules dans la silice mésoporeuse, un processus connu sous le nom de dépôt in situ.
Comme rapporté dans Angewandte Chemiele catalyseur de silice mésoporeuse a converti 97 % du méthane pendant plus de 200 heures.
Cette avancée, dit Swihart, ouvre la voie non seulement à des catalyseurs améliorés pour le reformage à sec du méthane, mais aussi à de nombreuses autres réactions bénéfiques sur le plan environnemental et économique.
Shuo Liu et al, A General Route to Flame Aerosol Synthesis and In Situ Functionalization of Mesoporous Silica, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202206870
Shuo Liu et al, Produire des catalyseurs nanocoques Ni-ZrO2 ultrastables pour le reformage à sec du méthane par synthèse à la flamme et exsolution de Ni, Catalyse chimique (2022). DOI : 10.1016/j.checat.2022.05.013