Fig.1 :Image MET d'un catalyseur de nanoparticules de ruthénium supportées par CeO2. Les cercles jaunes montrent les nanoparticules de Ru. Crédit :Université d'Osaka
Des chercheurs de l'Université d'Osaka créent un catalyseur pour le raffinage de produits chimiques dans les déchets végétaux, permettant une voie verte pour produire des matières premières précieuses.
La lutte contre le changement climatique est un appel aux armes pour l'industrie. Nous dépendons actuellement des combustibles fossiles, une source majeure de gaz à effet de serre CO2, non seulement pour l'énergie, mais aussi pour créer des produits chimiques pour la fabrication. Pour sortir nos économies de cette dépendance, nous devons trouver une nouvelle source de matières premières « vertes » pour que les usines et les laboratoires puissent fonctionner sans produire et émettre de CO2.
Maintenant, une équipe de recherche de l'Université d'Osaka a découvert comment créer des produits chimiques précieux à partir de sources propres. Ils ont utilisé de la biomasse, essentiellement des déchets de matières végétales. La biomasse est riche en molécules organiques – de longues chaînes d'atomes de carbone attachés à l'oxygène. Les méthodes existantes peuvent briser les liaisons carbone-oxygène dans ces molécules pour créer, par exemple, matières premières pour les matières plastiques. Cependant, rompre les liaisons carbone-carbone, afin de raccourcir les chaînes moléculaires, est plus difficile; des températures extrêmes sont nécessaires, et donnent souvent des produits indésirables.
La méthode développée à Osaka repose sur un nouveau catalyseur. Les catalyseurs permettent aux réactions de se produire, sans être eux-mêmes consumés. Ils sont souvent à base de métaux, et le nouvel exemple ne fait pas exception - il se compose de petites particules atomiquement de ruthénium, un métal apparenté au fer, assis sur un matériau appelé oxyde de cérium.
Fig.2 :Clivages sélectifs des liaisons C-C de produits chimiques biogènes catalysés par le catalyseur à nanoparticules de ruthénium supporté par CeO2. Crédit :Université d'Osaka
Après avoir créé leur catalyseur, les chercheurs l'ont testé sur l'acide lévulinique (AL) de la biomasse. LA a réagi pour rompre la liaison C-C à 150 degrés Celsius – chaud pour certains, mais doux par rapport aux normes industrielles. Le produit de réaction était le 2-butanol, un produit chimique important pour la fabrication de solvants. "C'est la première fois que le 2-butanol est fabriqué de cette manière verte, en utilisant LA, ", explique Tomoo Mizugaki, premier auteur de l'étude. "Traditionnellement, il est fabriqué à partir de butène, qui provient de raffineries de pétrole très polluantes."
Fort de cela, l'équipe a testé son catalyseur sur d'autres produits chimiques issus de la biomasse. Une gamme de produits de valeur a été obtenue. Surtout, les réactions ont toujours rompu les liaisons carbone-carbone. Cela leur a permis de produire, par exemple, cyclohexanol, un produit chimique important dans la fabrication du nylon.
Fig.3 :Les nouvelles voies de synthèse pour les produits chimiques de valeur utilisant le catalyseur à nanoparticules de ruthénium supporté par CeO2. Crédit :Université d'Osaka
Des études aux rayons X et au microscope ont confirmé que la combinaison de ruthénium, l'oxyde de cérium et l'eau étaient essentiels pour que la réaction se produise. Le nouveau catalyseur comble donc une lacune importante dans la boîte à outils des réactions du chimiste.
"Nous espérons que cette méthode aidera tous les secteurs de l'industrie à obtenir des matières premières à partir de sources non fossiles, ", dit l'auteur correspondant Kiyotomi Kaneda. "Nous avons besoin d'un changement radical de pensée, afin que les produits chimiques bio-dérivés soient considérés comme les principales options de fabrication. »
