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Greenhouse gases to valuable liquid chemicals: High-flux zeolite membrane-based reactor for the efficient conversion of CH4 and CO2

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Convertir les gaz à effet de serre en précieux produits chimiques liquides

Grâce au soutien d’un financement de l’UE, des chercheurs conçoivent des processus plus efficients et économiques pour la conversion de gaz naturel et de dioxyde de carbone en produits chimiques à haute valeur ajoutée.

Changement climatique et Environnement

De nos jours, la plupart des gens savent pertinemment que le CO2 est responsable du changement climatique. Toutefois, nombre d’entre eux ignorent tout de l’autre forme encore plus nocive de gaz à effet de serre: le gaz naturel, ou CH4. «Avec une production de gaz naturel à la hausse, il devient urgent de trouver des solutions aux émissions simultanées de CO2 et de CH4», affirme Bert Weckhuysen, professeur à l’Université d’Utrecht, aux Pays-Bas. L’urgence de la crise climatique et l’augmentation de la production de gaz naturel accélère la nécessité de trouver des méthodes efficientes de conversion du méthane en combustibles liquides et en d’autres produits chimiques utiles. Pour répondre à ce besoin, le projet ZeoMemRx (Greenhouse gases to valuable liquid chemicals: High-flux zeolite membrane-based reactor for the efficient conversion of CH4 and CO2), financé par le Conseil européen de la recherche, travaille sur cette problématique. «La conversion du CH4 et du CO2 constituent des objectifs interconnectés», explique Bert Weckhuysen, chercheur principal du projet. «L’une des stratégies les plus prometteuses pour parvenir à cette double conversion est de transformer les deux gaz en produits chimiques liquides, facilement transportables.» Cette approche est particulièrement attrayante car une telle conversion réduit le volume des émissions libérées dans l’atmosphère. En outre, cela permet également de produire des produits chimiques utiles, susceptibles de servir de combustibles ou de précurseurs pour de nombreux processus industriels. «Malheureusement, parvenir à cette transformation s’avère plus simple à dire qu’à faire», indique Bert Weckhuysen.

Les défis de la conversion

Selon Bert Weckhuysen, il existe plusieurs problèmes majeurs aux approches actuelles de conversion, de séparation et d’utilisation du CH4 et du CO2. Par exemple, convertir le CO2 en produits chimiques plus précieux nécessite une source fiable d’hydrogène. Il y a également le fait que la stabilité thermodynamique élevée du CO2 complique sa transformation en d’autres produits chimiques. Enfin, il existe également le problème de la désactivation rapide du CH4, sans oublier que l’on trouve quasi exclusivement le CH4 dans des puits situés dans des zones très reculées. Ce dernier problème empêche les technologies gaz vers liquide actuelles d’être rentables, telles que la conversion en syngaz suivie par une mise à niveau via le procédé Fischer-Tropsch (FTS). Ces défis requièrent des approches innovantes pour concevoir des processus plus efficients et économiques de conversion du CH4 et du CO2 en produits chimiques à haute valeur ajoutée, ce qui constitue précisément l’objectif du projet ZeoMemRx. «Nous proposons un réacteur à membrane zéolithique à haut flux capable de convertir efficacement un mélange de CH4 et de CO2 en hydrocarbures et en aromatiques, notamment le benzène, un produit chimique plateforme polyvalent», fait remarquer Bert Weckhuysen. L’une des principales caractéristiques du système envisagé est une membrane zéolithique hautement orientée dotée d’une composition accordable, fabriquée sur un substrat poreux. Cela confèrera au système la capacité de modifier l’équilibre de la réaction et de diminuer le temps de contact, affichant ainsi des performances catalytiques élevées.

Les bonnes personnes, les bonnes compétences et les bons objectifs

Bien que les travaux soient encore en cours, les chercheurs sont parvenus à préparer le zéolite hautement orienté et les matériaux catalytiques associés, nécessaires à l’activation du CO2 et du CH4. Ils ont également développé le premier prototype de système de réacteur à membrane pour initier la réaction, qui est actuellement soumis à des évaluations supplémentaires. «Toutes les avancées, que ce soit le transfert de connaissances, la construction du nouveau système de réacteur, jusqu’à la création de nouveaux matériaux, sont le fruit du travail d’équipe et de la collaboration observés au cours du projet», conclut Bert Weckhuysen. «Vous pouvez avoir une idée de génie, mais sans les bonnes personnes, les bonnes compétences et les bons objectifs, c’est tout ce qu’elle restera: une idée.»

Mots‑clés

ZeoMemRx, changement climatique, gaz à effet de serre, gaz naturel, produits chimiques liquides

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