Les chercheurs d'ExxonMobil et de l'ITQ de l'Université polytechnique de Valence développent une zéolite pour séparer l'éthylène en utilisant 25 % moins d'énergie qu'avec les méthodes actuelles.

Des scientifiques d'ExxonMobil et de l'Institut de technologie chimique (ITQ) de l'Université polytechnique de Valence et du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) ont développé un nouveau matériau potentiellement révolutionnaire qui pourrait réduire considérablement la quantité d'énergie et les émissions associées à la production d'éthylène. Ce nouveau matériau, avec d'autres procédés de séparation, pourrait conduire à une réduction allant jusqu'à 25 pour cent de l'énergie actuellement nécessaire pour la séparation de l'éthylène, ainsi que les émissions de dioxyde de carbone associées. Les résultats de l'enquête ont été publiés dans Science .

Des chercheurs d'ExxonMobil et de l'ITQ ont découvert que le nouveau matériau, composé d'une zéolithe de silice à structure unique, peut être utilisé dans des procédés de séparation de gaz tels que la récupération d'éthylène à partir de courants contenant de l'éthane et de l'éthylène. Les zéolites sont des matériaux microporeux couramment utilisés à des fins adsorbantes et catalytiques dans les procédés chimiques. Dans le cas de la zéolithe ITQ-55, la séparation est effectuée avec un degré de sélectivité sans précédent à température ambiante. Les résultats des recherches pourraient également s'appliquer à la conception de nouveaux matériaux à utiliser comme adsorbants ou membranes dans différentes applications de séparation de gaz associées à la fabrication de produits chimiques.

"Distillation cryogénique, le procédé actuellement utilisé pour séparer l'éthylène à l'échelle commerciale, est un processus qui consomme beaucoup d'énergie, " explique Vijay Swarup, vice-président de la recherche et du développement pour la société de recherche et d'ingénierie ExxonMobil. « Si ce nouveau matériau est appliqué à une échelle commerciale, il pourrait réduire considérablement la quantité d'énergie et les émissions associées à la production d'éthylène. C'est un autre excellent exemple de collaboration entre l'industrie et l'académie, centré sur la promotion de solutions pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions de carbone des processus industriels.

L'éthylène est un composant essentiel dans la production de produits chimiques et plastiques fréquemment utilisés dans la vie quotidienne, faire de la recherche de technologies alternatives pour séparer l'éthylène de l'éthane à faible consommation énergétique un champ d'investigation très actif. Bien que les fabricants de produits chimiques aient évalué une série d'alternatives à la distillation cryogénique, y compris de nouveaux adsorbants et procédés de séparation, la majorité de ces technologies alternatives sont entravées par une faible sélectivité et efficacité, ainsi que l'impossibilité de régénérer les adsorbants car ils se décomposent à l'usage du fait de la présence de contaminants.

Le nouveau matériau ITQ-55 est capable de séparer sélectivement l'éthylène de l'éthane grâce à sa structure poreuse et flexible exclusive. Créé par des unités en forme de cœur interconnectées par des canaux larges et flexibles, le nouveau matériau laisse passer des molécules d'éthylène plus plates, tout en empêchant l'accès aux molécules d'éthane plus rondes. Par conséquent, le nouveau matériau agit comme un tamis moléculaire flexible.

"L'ITQ-55 est un matériau très intéressant, dont la combinaison unique de tailles de pores, topologie, la flexibilité et la composition chimique conduisent à un matériau hautement stable et chimiquement inerte qui est capable d'adsorber l'éthylène et de filtrer l'éthane, " explique Avelino Corma, professeur-chercheur au CSIC, co-auteur de l'enquête. "Nous sommes ravis de cette découverte et espérons poursuivre notre fructueuse collaboration avec ExxonMobil, " il ajoute.

Des recherches supplémentaires doivent encore être effectuées avant que le nouveau matériau puisse être envisagé pour une commercialisation à grande échelle. D'autres recherches seront centrées sur l'incorporation du matériau à une membrane pour son utilisation industrielle, ainsi que le développement de nouveaux matériaux pour la séparation des gaz.

« Notre objectif final de remplacer la distillation cryogénique est un défi à long terme qui nécessitera encore de nombreuses années de recherche et de tests en laboratoire et en dehors, "Gary Casty, ajoute le directeur de la section de catalyse d'ExxonMobil Research and Engineering Company. "Nos prochaines étapes seront axées sur une meilleure compréhension du potentiel de ce nouveau matériau zéolithique."

Les usines chimiques représentent environ huit pour cent de la demande mondiale d'énergie ainsi qu'environ 15 pour cent de la croissance de la demande prévue jusqu'en 2040. À mesure que la population et le niveau de vie de la planète augmentent, la demande de biens de consommation aussi, Matériaux de construction, appareils électroniques et autres sous-produits pétrochimiques. ExxonMobil's goal is to improve industrial efficiency to meet the increasing energy requirements of the world while mitigating the environmental impact.