Des chercheurs de l'Université d'Hokkaido ont créé un catalyseur amélioré pour la conversion du méthane en gaz de synthèse, un précurseur pour les carburants liquides et les produits chimiques fondamentaux.

Gaz de synthèse, également appelé gaz de synthèse, est un mélange composé principalement de monoxyde de carbone et d'hydrogène et est utilisé pour fabriquer des polymères, médicaments, et le pétrole synthétique. Il est fabriqué en exposant le méthane à de la vapeur d'eau à 900 °C ou plus, rendant le processus coûteux.

L'oxydation partielle du méthane pour la synthèse du gaz de synthèse est plus économique que l'utilisation de la vapeur, mais il y a eu des problèmes avec les catalyseurs utilisés pour ce procédé. Catalyseurs de métaux nobles, comme le rhodium et le platine, sont meilleurs et fonctionnent à des températures plus basses que les catalyseurs de métaux de base, comme le cobalt et le nickel, mais ils sont aussi plus chers. Les catalyseurs de métaux de base moins chers nécessitent des températures supérieures à 800 °C, dépassement de la plage de température des réacteurs industriels en acier inoxydable. Ils sont également désactivés au cours de la réaction par réoxydation et accumulation de coke, un sous-produit du processus, ce qui les rend coûteux à long terme.

Professeur adjoint Hirokazu Kobayashi, Professeur Atsushi Fukuoka, et stagiaire postdoctoral Yuhui Hou, travaillant à l'Institut de catalyse de l'Université d'Hokkaido, réussi à préparer un catalyseur qui combine les propriétés des métaux nobles et de base. Leur catalyseur surmonte les défis rencontrés par les études précédentes en ajoutant une quantité suffisamment petite de métal noble au catalyseur de métal de base pour qu'il puisse toujours fonctionner à des températures plus basses.

Dans l'étude publiée dans Chimie des communications, l'équipe a réussi à générer de minuscules particules de cobalt, un métal de base, en les dispersant sur un gisement minéral appelé zéolite. Ils ont ensuite ajouté une infime quantité d'atomes de rhodium de métal noble sur les particules de cobalt.

Le nouveau, le catalyseur combiné a réussi à convertir 86 % du méthane en gaz de synthèse à 650 °C tout en maintenant son activité pendant au moins 50 heures. La réaction oxyde le cobalt en oxyde de cobalt, qui est quasiment inactif. Mais parce que le rhodium est contenu, le métal noble génère des atomes d'hydrogène à partir de molécules de méthane ou d'hydrogène. Les atomes d'hydrogène débordent sur le matériau de support, et le débordement d'hydrogène transforme l'oxyde de cobalt en cobalt. Le cobalt peut alors continuer à jouer le rôle de catalyseur. La forte dispersion du cobalt sur la zéolite a également empêché la formation de coke au cours de la réaction.

Le méthane a attiré l'attention en tant que source d'énergie propre car il ne produit que la moitié de la quantité de CO2 par rapport au pétrole lorsqu'il est brûlé. De plus, l'augmentation de l'exploitation du gaz de schiste a fait du méthane une ressource plus accessible. "Notre catalyseur peut convertir efficacement le méthane en gaz de synthèse à 650 °C, une température beaucoup plus basse que dans les méthodes conventionnelles. Cela pourrait conduire à une utilisation plus efficace du méthane et contribuer au développement d'une société bas carbone, " dit Hirokazu Kobayashi.