Un chercheur met en place une expérience d'électrolyse en flux. Crédit :© :Alexander Sell, JGU
Dans le projet de recherche coopérative EPSYLON financé par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche, des scientifiques de l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et d'Evonik Performance Materials GmbH ont développé une méthode de synthèse électro-organique innovante et à la pointe de la technologie.
Les résultats de leurs recherches, présenté dans le numéro de la semaine dernière de Avancées scientifiques , permettre l'utilisation de l'électrosynthèse comme une chimie verte durable pour des applications techniques. Le procédé permet à l'opérateur de réagir de manière flexible à l'offre d'électricité disponible. De plus, l'opérateur n'a plus besoin d'appareils d'électrolyse personnalisés et peut utiliser une gamme d'équipements.
La méthode a été développée il y a plus de 160 ans par le chimiste allemand Hermann Kolbe. Bien que les méthodes de synthèse électrochimique soient utilisées dans l'industrie chimique, il s'agit jusqu'à présent d'une technologie de niche. L'une des raisons est que les conditions d'électrolyse doivent être contrôlées très finement et qu'une entrée de courant uniforme est essentielle. En raison de l'infrastructure technique sophistiquée requise, l'option de l'électrosynthèse restait hors de portée de la plupart des chimistes. Aujourd'hui, le potentiel vert de l'électrochimie a été redécouvert. Il rend possible une chimie durable et écologique avec des moyens très simples, en particulier avec l'utilisation de l'énergie excédentaire provenant de sources renouvelables telles que l'énergie éolienne ou solaire.
L'électrochimie est une méthode polyvalente et puissante pour produire des composés chimiques ou pour effectuer des changements chimiques dans les molécules. Pour faire simple, les électrons remplacent les réactifs coûteux et toxiques. Les déchets inutiles peuvent être évités et la réaction peut être arrêtée à tout moment en coupant simplement l'alimentation. Un autre avantage par rapport à la synthèse classique est que de nombreuses étapes individuelles sont plus facilement mises en œuvre par électrochimie. Dans certains cas, cela peut raccourcir la synthèse de plusieurs étapes. Cependant, les électrolyses nécessitent souvent une fenêtre de densité de courant étroite et de longs temps de réaction. En outre, la sélectivité et l'évolutivité sont plus difficiles voire impossibles.
Jusqu'à huit expériences différentes peuvent être réalisées simultanément dans cet électrolyseur de criblage. Chaque petit gobelet en plastique contient deux électrodes. Crédit :© :Carsten Siering, JGU
La clé du succès du groupe de recherche de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence est l'utilisation d'un système d'électrolyte unique. Les électrolyses ont ici une stabilité extrêmement élevée aux variations de densité de courant, permettant un fonctionnement dans une fenêtre de densité de courant de largeur s'étendant sur plus de deux ordres de grandeur, sans perte de productivité ni de sélectivité. Si la fourniture de courant le permet, l'électrolyse peut être réalisée en un temps court avec une densité de courant très élevée.
