Un nouveau catalyseur monophasé qui permet la conversion du carbone renouvelable et résiduel en carburants diesel durables a été développé grâce à une collaboration unique entre le National Renewable Energy Laboratory (NREL) et deux consortiums du département américain de l'Énergie (DOE), Initiative de catalyse chimique pour la bioénergie (ChemCatBio) et de co-optimisation des carburants et des moteurs (Co-Optima).

Les chercheurs ont utilisé la chimie de l'éthérification réductrice pour convertir des substrats d'alcool et de cétone dérivés d'acides carboxyliques microbiens en un biomélange d'éther à utiliser lorsqu'il est mélangé à du carburant diesel conventionnel. Le procédé catalytique continu unique en son genre a été conçu pour réduire les coûts de production par rapport à la chimie par lots, la technologie de pointe antérieure. Combiné à la compatibilité potentielle avec les infrastructures du nouveau carburant et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre par rapport au diesel fossile, il réduit considérablement les risques inhérents à l'introduction d'une nouvelle technologie. Plus important, avec l'augmentation de la demande de carburant diesel, ce carburant pourrait aider à répondre à ce besoin de manière durable.

Un récent article de Green Chemistry sur la recherche, "Catalyse monophasée pour l'éthérification réductrice des biomélanges diesel, " s'étend sur des travaux antérieurs de développement de biocarburants diesel haute performance. L'automne dernier, NREL et Co-Optima ont identifié un nouveau bioblendstock prometteur, 4-butoxyheptane, qui utilise l'oxygène contenu dans la biomasse pour créer un carburant diesel plus performant. Le processus d'éthérification réductrice utilise un catalyseur à phase unique pour produire plus efficacement du 4-butoxyheptane.

« Avec cette recherche, nous avons cherché à créer un nouveau processus de conversion de biocarburant qui soit pertinent et applicable aux technologies renouvelables et de valorisation énergétique des déchets, " a expliqué Derek Vardon, un chercheur du NREL et l'un des auteurs de l'article.

NREL est un expert de premier plan dans le développement de procédés catalytiques pour les matières premières renouvelables, mais ce projet était la première fois que des chercheurs optimisaient un catalyseur monophasique spécifiquement pour développer un carburant renouvelable par éthérification réductrice. Les chercheurs ont fait face à de nouveaux défis avec cet effort, comme le catalyseur doit remplir deux fonctions simultanées, mélanger un site métallique et un site acide en un seul processus. Un partenaire commercial de l'industrie a aidé l'équipe à obtenir la bonne quantité d'acidité dans le support de catalyseur, tandis que l'équipe de recherche s'est tournée vers les nanoparticules métalliques de palladium pour coupler chimiquement les molécules entre elles.

Une caractéristique prometteuse du catalyseur monophasique est ses propriétés régénératives. Alors que la chimie du procédé produit un biocarburant à combustion propre avec un faible indice d'encrassement, également remarquable est la stabilité du catalyseur dans le temps, devenant même plus actif lorsqu'il est régénéré. Une stabilité élevée est essentielle pour les catalyseurs industriels qui doivent durer des années pour être économiques et écologiquement durables.

Les chercheurs continuent d'étudier et d'améliorer ce processus. Alors que le palladium est efficace, c'est aussi cher. L'équipe explore la fonction du palladium pour déterminer la quantité de métal précieux nécessaire. En outre, les chercheurs testent les performances du catalyseur avec des déchets plus complexes qui produisent un mélange d'éthers en plus du 4-butoxyheptane.

"Nous pensons avoir une bonne compréhension des raisons pour lesquelles nous avons besoin que les sites de palladium métalliques soient plus grands pour s'adapter à la chimie de couplage, " a déclaré Vardon. "Notre prochaine étape consiste à collaborer avec le laboratoire national d'Argonne pour jeter un regard atomistique sur ce qui se passe à la surface pour nous aider à concevoir la prochaine haute performance, matériau catalyseur à faible coût. En tirant parti des capacités techniques et d'analyse uniques du système de laboratoire national, nous résolvons des défis critiques pour aider à faire progresser les biocarburants vers l'adoption du marché. »