L'augmentation de l'offre et l'optimisation du coût du gaz naturel ont poussé les industries chimiques à rechercher de nouvelles voies de conversion du méthane, constituant principal du gaz naturel, à l'éthylène, un hydrocarbure largement utilisé dans les produits chimiques comme le plastique. Le couplage oxydant du méthane (OCM) est d'un grand intérêt en tant que méthode potentiellement efficace, mais est toujours impraticable pour les applications commerciales, par exemple, la température de réaction est supérieure à 700 degrés C, nécessitant des équipements coûteux à haute résistance thermique, ce qui augmente le coût de production.

Des scientifiques de l'Université Waseda ont découvert un nouveau mécanisme de réaction OCM se produisant à une température aussi basse que 150 degrés C. La nouvelle réaction catalytique, qui a démontré à la fois un rendement élevé et une activité catalytique, a été fait dans un champ électrique, et pourrait fournir une méthode plus rentable de synthèse d'éthylène à l'avenir. Les résultats ont été publiés dans le Journal de chimie physique C le 22 janvier 2018.

"La réalisation d'OCM dans un champ électrique a considérablement abaissé la température de réaction, et nous avons réussi à synthétiser efficacement l'hydrocarbure C2, dont l'éthylène, de l'oxygène de l'atmosphère avec le méthane, " dit Shuhei Ogo, professeur assistant de chimie catalytique à Waseda.

Il explique qu'en appliquant un champ électrique, l'oxygène du réseau d'un catalyseur est activé et devient une espèce réactive de l'oxygène, même à des températures aussi basses que 150 degrés C. "Le mécanisme de réaction redox, qui répète la consommation et la régénération des espèces réactives de l'oxygène à la surface du catalyseur, maintient le cycle de réaction catalytique." Les rapports sur un tel phénomène sont sans précédent, et les résultats de cette étude sont considérés comme les premiers du genre au monde.

Ce mécanisme de réaction peut réduire le coût de production de l'éthylène car les sources de chaleur à haute température et les dispositifs d'échangeur de chaleur à grande échelle deviennent inutiles, maintenir le coût des installations et de sa gestion aussi bas. Non seulement les fabricants à grande échelle, mais les puits de gaz de petite à moyenne taille avec des échelles de production plus petites peuvent également bénéficier du coût réduit.

"Les résultats de cette étude peuvent être utilisés pour divers types de réaction catalytique qui procède par mécanisme de réaction redox, tout en offrant une sélectivité et une stabilité élevées ainsi qu'une efficacité énergétique à basse température, " ajoute Ogo.

Le groupe de recherche prévoit d'approfondir l'étude du catalyseur hautement actif et sélectif dans le champ électrique.