Des chercheurs de la North Carolina State University ont mis au point un nouveau catalyseur qui améliore l’efficacité de la conversion du butane, un composant du gaz naturel, en butadiène, un élément constitutif du caoutchouc synthétique et de divers plastiques.
La création de butadiène à partir de butane est délicate. Les techniques existantes pour convertir le butane en butadiène créent un tas de sous-produits dont personne ne veut, ou ne convertissent qu’une petite fraction du butane en butadiène chaque fois que le butane passe à travers le réacteur chimique. En conséquence, vous devez exécuter le butane à travers le même processus à plusieurs reprises.
« Il s’agit d’un processus coûteux en termes d’énergie et d’argent », déclare Fanxing Li, auteur correspondant de l’ouvrage et professeur Alcoa de génie chimique et biomoléculaire à la North Carolina State University. « Parce qu’après chaque passage dans le réacteur chimique, vous devez séparer le butadiène et les sous-produits du butane – ce qui consomme beaucoup d’énergie – et faire à nouveau passer le butane dans le réacteur. »
De ce fait, très peu d’usines se consacrent à la production de butadiène. Au lieu de cela, une grande partie du butadiène utilisé dans la fabrication provient d’usines où le butadiène est collecté en tant que sous-produit d’autres réactions.
« C’est un problème, car la demande de butadiène dépasse de loin l’offre disponible », a déclaré Li. « Nous voulions trouver un moyen plus efficace de convertir le butane en butadiène, rendant les installations de production de butadiène plus viables sur le plan commercial – et ce travail est une étape importante dans cette direction. »
Plus précisément, les chercheurs ont conçu un catalyseur qui convertit plus de butane en butadiène à chaque passage dans le réacteur, par rapport aux catalyseurs précédents. Le travail a été effectué en utilisant une réaction de déshydrogénation oxydative.
« Nous avons pu convertir jusqu’à 42,5 % du butane en butadiène en un seul passage », explique Li. « La meilleure performance que nous ayons pu trouver était d’environ 30 %. C’est un premier pas important, mais nous le considérons comme une preuve de concept. Nous pensons que nous pouvons encore faire beaucoup plus pour améliorer la sélectivité de ce processus. »
Le catalyseur lui-même est une coquille de bromure de lithium entourant un noyau de ferrite de lanthane et de strontium. La réaction nécessite un réacteur modulaire et la conversion a lieu entre 450 et 500 degrés Celsius.
« Nous sommes ouverts aux partenariats pour explorer davantage le potentiel de ce travail », a déclaré Li.
L’article, « Catalyseurs redox de pérovskite revêtus d’halogénure de métal alcalin pour la déshydrogénation oxydative anaérobie de n-butane », sera publié le 27 juillet dans la revue en libre accès Avancées scientifiques. Le premier auteur de l’article est Yunfei Gao, un ancien Ph.D. étudiant et post-doctorant à NC State qui est maintenant membre du corps professoral de l’East China University of Science and Technology.
Yunfei Gao et al, Catalyseurs redox pérovskite revêtus d’halogénure de métal alcalin pour la déshydrogénation oxydative anaérobie du n-butane, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abo7343. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7343