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Des membranes de réacteur pour des produits chimiques à valeur ajoutée

Le secteur chimique européen pourrait se passer du pétrole brut grâce au recours à des matières premières alternatives, dont le méthane, le propane ou le dioxyde de carbone (CO2) réutilisable. Les chercheurs ont combiné de nouvelles membranes à des réacteurs afin d'intensifier et d'améliorer la chimie de ces matières premières.
Des membranes de réacteur pour des produits chimiques à valeur ajoutée
Les alcanes à chaîne courte ayant jusqu'à quatre atomes de carbone et le dioxyde de carbone (CO2) présents dans le gaz naturel, le charbon et la biomasse pourraient remplacer les hydrocarbures à chaîne longue du pétrole comme matière première pour d'autres produits chimiques. Ce sont cependant des molécules très stables et non réactives, difficiles à convertir en produits à valeur ajoutée.

Des chercheurs ont initié le projet CARENA (Catalytic membrane reactors based on new materials for C1-C4 valorization) pour limiter la dépendance de l'industrie chimique au pétrole brut. Les partenaires du projet ont développé des membranes et des catalyseurs en vue de convertir d'autres matières premières en produits chimiques destinés aux produits et applications énergétiques, comme les solvants, les colles et les revêtements de protection.

Le projet CARENA s'est concentré sur trois ressources principales: le méthane, le propane et le CO2. Le méthane représente actuellement la matière première la plus utilisée dans l'industrie. Il permet la production d'hydrogène et de produits chimiques élémentaires, comme le méthanol et l'ammonium. Les chercheurs ont suivi une méthode directe pour la conversion du méthane en méthanol. Des membranes conductrices d'oxygènes ont été utilisées à différentes échelles pour vérifier le flux d'oxygène, ce qui représente un élément stratégique pour le développement d'un réacteur autorisant le couplage par oxydation du méthane.

Traditionnellement, le propane est transformé en acide acrylique en deux étapes. Le propylène purifié fait office d'intermédiaire. CARENA a mis au point un nouveau procédé exploitant la déshydrogénation par oxydation du propane et l'oxydation sélective du propylène dans un mélange de propane/propylène et d'acide acrylique.

Les résultats expérimentaux ont montré que la cokéfaction était probable en cas de déshydrogénation du propane à l'aide de membranes en palladium. Les chercheurs ont étudié l'utilisation de membranes sélectives basées sur des structures organiques en métal afin de limiter la cokéfaction à haute température.

L'équipe a analysé deux méthodes qui pourraient favoriser la réutilisation du CO2 dans le secteur chimique: la conversion directe du CO2 en carbonate de diméthyle et en méthanol. Le recours aux réacteurs à membrane est absolument nécessaire étant donné que les deux réactions dépendent fortement de la conversion d'équilibre. Un nouveau catalyseur visant à accélérer la conversion présente une température de fonctionnement qui chevauche celle des nouvelles membranes.

La technologie de réacteur à membrane catalytique développée dans le contexte du projet CARENA soulagera de manière importante l'industrie chimique, qui était jusque-là dépendante du pétrole brut pour ses matières premières dans la synthèse de nombreux produits. La résolution des problèmes associés à la conversion des hydrocarbures à chaîne courte du gaz naturel et d'autres sources en précurseurs utiles permettra à l'industrie des produits chimiques de l'UE de gagner son indépendance.

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Mots-clés

Membranes de réacteur, produits chimiques, matières premières, méthane, propane, CO2, CARENA