Des canaux d'échelle nanométrique guident des réactions de catalyse
La catalyse fait intervenir un produit (le catalyseur) qui augmente la vitesse ou le rendement d'une réaction chimique, sans être modifié lui-même. Elle est la base d'une très longue liste de processus de production chimique, d'intérêt industriel. Les scientifiques du projet INCAS (Integration of nanoreactor and multisite catalysis for a sustainable chemical production), financé par l'UE, ont conçu un nouveau nanoréacteur et une nouvelle chaîne de processus, qui réduisent les coûts et renforcent le débit et la sécurité. Le concept va au-delà des microréacteurs qui utilisent des microcanaux afin de confiner les réactions chimiques et d'en accroître la vitesse, le rendement et la sécurité. Il utilise une membrane percée de canaux nanométriques, avec une séquence de sites catalytiques ordonnée selon l'axe de ces canaux, ce qui impose une suite bien définie de réactions le long de ces sites. Ce nouveau concept multiplie par 10 l'intensification du processus par rapport aux microréacteurs classiques, et de 100 à 1 000 par rapport aux réacteurs classiques. Il améliore de 25 à 30 % le rendement énergétique, réduisant notablement les coûts. En outre, les produits toxiques résultant des transformations sont immédiatement convertis en substances inoffensives, éliminant totalement la nécessité de les stocker. Le projet a visé un procédé plus sûr de production du carbonate de diphényle, et la synthèse directe de peroxyde d'hydrogène (H2O2) ainsi que son utilisation sur site pour la synthèse de l'oxyde de propylène. Ces deux réactions sont d'une grande importance industrielle. Les résultats ont confirmé l'adéquation de la nouvelle technique de catalyse pour les synthèses ciblées, et sa capacité à renforcer l'intensification, la durabilité et la sécurité du processus. Le processus pour la synthèse de H2O2 nécessite davantage de développements et d'optimisation, mais tous les objectifs ont été atteints pour la production d'oxyde de propylène. L'équipe a mis au point un nouveau type de réacteur à étapes, intrinsèquement plus sûr, ainsi que de nouveaux catalyseurs plus stables et plus actifs, et des nanomembranes catalytiques innovantes. Les travaux sur les matériaux et les nouvelles configurations de traitement ont conduit à deux brevets. Avec son concept de catalyse en plusieurs sites, le projet INCAS a apporté de nouveaux outils, importants pour intensifier le rendement et la sélectivité du processus. En outre, ils conduiront à des voies de production plus sûres et d'un meilleur rendement énergétique. La synthèse plus propre, plus économique et plus efficace de grandes quantités de produits chimiques sera bénéfique pour les voies de synthèse étudiées ainsi que pour les utilisations, par exemple en chimie fine ou pour nettoyer ou réhabiliter l'environnement.
