Des chercheurs de l'Université de l'État de Washington ont franchi une première étape clé dans la conversion économique des matières végétales en combustibles :empêcher le fer de rouiller.

Les chercheurs ont déterminé comment empêcher le fer de rouiller dans des réactions chimiques importantes qui sont nécessaires pour convertir les matières végétales en carburants, ce qui signifie que l'élément bon marché et facilement disponible pourrait être utilisé pour une conversion rentable des biocarburants.

Dirigé par Yong Wang, Voiland Distinguished Professor à la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, et Shuai Wang du State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surfaces de l'Université de Xiamen, les chercheurs rendent compte de leurs travaux sur la couverture du numéro de juillet de Catalyse ACS .

Les chercheurs ont essayé de trouver des moyens plus efficaces de créer des carburants et des produits chimiques à partir de ressources végétales renouvelables, comme des algues, déchets de récolte, ou des résidus forestiers. Mais, ces biocarburants ont tendance à être plus chers avec une densité énergétique moindre que les combustibles fossiles.

L'un des principaux obstacles à l'utilisation de matières premières végétales pour le carburant est que l'oxygène doit en être retiré avant de pouvoir être utilisé.

"Vous voulez utiliser le catalyseur le moins cher pour éliminer l'oxygène, " a déclaré Jean-Sabin McEwen, co-auteur de l'article et professeur agrégé à la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. "Le fer est un bon choix car il est super abondant."

Les catalyseurs à base de fer sont très prometteurs pour pouvoir éliminer l'oxygène, mais parce que les matières végétales contiennent également de l'oxygène, le fer s'oxyde, ou rouille, pendant la réaction, puis la réaction cesse de fonctionner. L'astuce consiste à faire en sorte que le fer élimine l'oxygène des plantes sans absorber tellement d'oxygène que la réaction s'arrête.

Dans leur travail, les chercheurs ont ancré leur catalyseur de fer avec une structure de carbone qui a été modifiée pour incorporer de l'azote. La structure modifie les propriétés du fer, de sorte qu'il interagit moins avec l'oxygène tout en continuant à effectuer le travail requis d'élimination de l'oxygène de la matière végétale. Les chercheurs ont utilisé l'azote comme une sorte de cadran de contrôle pour régler l'interaction du fer avec l'oxygène.

Dans un autre article récemment publié dans Sciences chimiques dirigé par Yong Wang et Junming Sun, professeur adjoint de recherche à l'École de génie chimique et de bio-ingénierie Gene et Linda Voiland, les chercheurs ont découvert un catalyseur durable à base de fer entouré d'une fine couche de graphène de carbone. La couche de graphène protégeait le fer tandis que les ions césium permettaient aux chercheurs d'adapter ses propriétés électroniques à la réaction souhaitée.

"Nous avons réduit la réaction à l'oxygène, " dit Sun. "En protégeant le fer et en ajustant ses propriétés, ces travaux fournissent la base scientifique pour l'utilisation du fer abondant et rentable sur terre comme catalyseurs pour la conversion de la biomasse."

Les chercheurs travaillent maintenant à mieux comprendre la chimie des réactions, de sorte qu'ils peuvent encore augmenter la réactivité des catalyseurs à base de fer. Ils devront également essayer leurs catalyseurs avec des matières premières réelles au lieu des composés modèles utilisés pour l'étude. Les matières premières collectées dans les champs agricoles seront plus compliquées dans leurs compositions avec beaucoup d'impuretés, et les chercheurs devraient également intégrer leur catalyseur dans une série d'étapes utilisées dans le processus de conversion.

"Nous essayons de rendre la conversion aussi économique que possible, " a déclaré Wang. " La clé est d'essayer de trouver des catalyseurs robustes basés sur des éléments abondants de la terre. C'est un premier pas dans cette direction."