Un procédé catalytique prometteur pour produire du propane à partir de glycérol
Le glycérol(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) est un composé organique, produit principalement à partir de graisses et d’huiles, souvent utilisé dans les produits de santé et de beauté. Il a récemment été proposé comme matière première pour la production de combustibles liquides et gazeux durables. Le projet HYDROGAS, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), a envisagé d’utiliser le glycérol comme matière première pour produire de l’hydrogène gazeux et du biopropane. Sans émission de carbone au point d’utilisation, l’hydrogène est considéré comme le carburant propre le plus prometteur pour l’avenir. Le biopropane peut remplacer les gaz de pétrole liquéfiés d’origine fossile («gaz de camp»), mais il présente également un intérêt pour les transport et le chauffage hors réseau. «Notre approche consistait à utiliser une partie du glycérol pour produire l’hydrogène gazeux nécessaire à la production de biopropane, évitant ainsi d’avoir à l’ajouter à partir de sources externes coûteuses», explique le chercheur principal, Jude Onwudili, de l’Institut de recherche sur l’énergie et les bioproduits(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’université d’Aston, au Royaume-Uni, hôte du projet. Le premier objectif de HYDROGAS, qui consistait à mettre au point un procédé permettant de générer suffisamment d’hydrogène pour convertir le glycérol en biopropane, a été atteint avec succès. Bien que le second objectif, qui consistait à obtenir des rendements élevés de biopropane, n’ait pas été aussi fructueux, l’équipe reste convaincue de sa faisabilité.
Une source alternative d’hydrogène
Le glycérol comprend trois atomes de carbone, chacun contenant un groupe hydroxyle: un atome d’oxygène lié à un atome d’hydrogène. Le propane étant une molécule d’hydrocarbure, composée uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogène, sa production à partir du glycérol repose sur l’élimination de ses trois atomes d’oxygène. Il s’agit généralement de trouver un catalyseur utilisant de l’hydrogène gazeux pour éliminer sélectivement l’oxygène du glycérol sous forme d’eau, pour ne garder que les molécules de propane. Cependant, l’hydrogène est coûteux et provient essentiellement de combustibles fossiles, ce qui est préjudiciable à l’environnement. L’innovation du projet HYDROGAS a consisté à utiliser une partie du glycérol lui-même pour produire l’hydrogène nécessaire à la transformation du glycérol en biopropane.
Un procédé catalytique en deux étapes
Etant donné que cela nécessite de nombreuses réactions utilisant plusieurs catalyseurs, l’équipe a mis au point un processus en deux étapes. Différents catalyseurs hétérogènes – c’est à dire qui sont dans un état différent de celui des réactifs, par exemple un catalyseur solide utilisé dans une réaction impliquant des liquides – ont été testés pour chaque étape. Les catalyseurs ont été testés à différentes températures, temps de réaction et concentrations de glycérol, afin de déterminer ceux dont l’activité est la plus stable dans un réacteur discontinu. Alors que l’équipe a principalement utilisé des métaux coûteux du groupe du platine(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en tant que catalyseurs, HYDROGAS a permis de tester des alternatives prometteuses et bon marché, basées sur des métaux alcalins et des métaux de transition(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) du premier rang. «L’un des principaux défis de la phase aqueuse de notre réaction est que les catalyseurs peuvent se désactiver rapidement. Parmi les principaux résultats enregistrés, citons la découverte d’un catalyseur moins cher, très actif et stable, permettant d’augmenter la quantité de biopropane que nous pouvons générer à partir du glycérol pour un coût réduit», explique Carine Alves, chargée de recherche à l’Université fédérale de Bahia(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), au Brésil. L’équipe a utilisé du glycérol pur pour éviter les longs et coûteux prétraitements destinés à éliminer les impuretés et à garantir la stabilité du glycérol brut.
Bénéfices pour l’environnement, l’emploi et la sécurité énergétique
La production d’hydrogène renouvelable et de combustibles hydrocarbonés gazeux à faible teneur en carbone, tels que le biopropane, est un élément clé du pacte vert pour l’Europe(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Ainsi, le biopropane pourrait par exemple servir de combustible pour les sites hors réseau les plus éloignés, rejoignant ainsi le bouquet énergétique plus large et créant de nouveaux emplois. L’équipe optimise actuellement des catalyseurs moins chers et plus efficaces afin de réduire le nombre de réactions nécessaires pour convertir le glycérol en biopropane. «Nous travaillons également à l’obtention de rendements élevés de biopropane à partir de “glycérol brut”. Grâce à HYDROGAS, nous avons découvert que les réactions du deuxième rang peuvent fonctionner dans des conditions non hydrothermales, et nous allons donc explorer cette autre voie», conclut Jude Onwudili.
