De meilleurs catalyseurs pour produire du carburant propre
Les catalyseurs jouent un rôle essentiel dans l'intensification des processus, en accélérant et dirigeant les réactions chimiques vers les produits désirés. Une nouvelle stratégie consiste à intégrer deux catalyseurs dans un seul réacteur, afin de produire des réactions consécutives en «tandem». Le projet 3DMULTICAT (3D microscopy-guided assembly of novel hierarchical, multi-pore, multi-function catalysts for clean fuel production), financé par l'UE, a mis au point des catalyseurs solides innovants pour produire en une étape des carburants liquides à partir de gaz de synthèse. Ce mélange gazeux comprend du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène, qui peuvent être obtenus à partir de gaz naturel ou de biomasse. Les partenaires du projet ont cherché à mettre au point une nouvelle génération de catalyseurs poreux, dont la structure est conçue pour contrôler le trafic des molécules à l'intérieur de leurs pores. Ils possèdent de nombreuses fonctions catalytiques et peuvent réaliser plusieurs réactions en cascade. Le processus est basé sur l'intégration de deux réactions catalytiques dans un seul réacteur, à savoir la synthèse Fischer-Tropsch (FT) d'hydrocarbures et l'hydrotraitement «in situ» (isomérisation et craquage) des produits primaires sur un catalyseur d'hydrocraquage. Grâce à des études catalytiques fondamentales utilisant des réactifs modèles, les chercheurs ont constaté qu'à la différence de ce qui se passe avec l'hydrocraquage classique, la présence de gaz de synthèse empoisonnait le catalyseur d'hydrocraquage en absorbant fortement le CO, entraînant une modification notable de la voie de réaction de différents hydrocarbones FT sur le catalyseur d'hydrocraquage. Encouragés par ces résultats, les chercheurs ont poursuivi la conception de catalyseurs solides FT en utilisant des méthodes de quantification structurelle 3D à l'échelle nano et micrométrique. Les résultats ont montré qu'avec des conditions de réaction appropriées, le phénomène de transfert de matière par les pores peut affecter le modèle de produit FT primaire. Une recherche sur les catalyseurs FT au cobalt a débouché sur le développement de catalyseurs solides présentant des porosités complexes et organisées hiérarchiquement, ainsi que d'espèces métalliques catalytiques réparties de façon uniforme. Celles-ci se sont avérées efficaces pour contrôler le trafic moléculaire et ajuster la nature du primaire FT pour les processus catalytiques en tandem. Les résultats de 3DMULTICAT permettront d'améliorer la conception de matériaux poreux complexes dans le domaine de la catalyse et favoriseront l'exploitation des ressources naturelles. Ces avancées contribuent à la préservation de l'environnement et à l'atténuation du changement climatique.
