Bien que nous considérions généralement l'éthanol comme le carburant du réservoir d'essence, il peut également être transformé en produits chimiques précieux qui pourraient aider à remplacer une variété de produits à base de pétrole au-delà de l'essence. Cependant, l'évolution de l'éthanol pour un plus large éventail d'industries nécessite des processus chimiques plus efficaces que ceux disponibles aujourd'hui.

Les scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont développé un nouveau catalyseur qui convertit l'éthanol en cétones C5+ qui peuvent servir de blocs de construction pour tout, des solvants au carburéacteur. Dans un nouveau journal, ils décrivent cette chimie révolutionnaire et le mécanisme qui la sous-tend.

Transformer l'éthanol en un seul pot en cétones C5+

Les catalyseurs sont nécessaires pour accélérer les transformations chimiques qui convertissent l'éthanol en d'autres composés. Pour être commercialement viable, un catalyseur doit être hautement actif tout en générant sélectivement les produits chimiques souhaités, en d'autres termes, il doit produire de manière fiable le matériel exact recherché. Les scientifiques recherchent des catalyseurs pour l'éthanol qui peuvent produire les bons composés efficacement et le faire à plusieurs reprises. Dans les chimies qui nécessitent de nombreuses étapes de réaction dans une longue cascade de réactions chimiques vers le produit final final, cela peut être un défi de taille.

Le catalyseur développé au PNNL condense plusieurs réactions en une seule étape. L'éthanol rencontre le catalyseur à haute température (370°C, ou 698°F) et la pression (300 livres par pouce carré). Il se transforme ensuite rapidement en produits contenant plus de 70 % de cétones C5+. Le catalyseur apparaît également robuste, restant stable sur 2, 000 heures d'utilisation. L'objectif final est d'avoir un catalyseur qui peut durer de 2 à 5 ans.

Pour leurs recherches, les scientifiques ont combiné de l'oxyde de zinc et du dioxyde de zirconium pour le catalyseur. De tels catalyseurs à oxydes mixtes n'atteignent généralement pas une telle sélectivité, à la place, la filature de trop de sous-produits indésirables.

Mais les chercheurs ont ajouté un autre ingrédient clé au mélange :le palladium. Pendant le processus, le palladium et le zinc forment un alliage qui se comporte très différemment de ses éléments constitutifs, catalyser uniquement les étapes de réaction nécessaires qui conduisent à la formation de cétones C5+.

"Ce qui est nouveau, c'est de produire ces cétones en formant l'alliage entre le palladium et le zinc pendant la réaction, " dit Karthi Ramasamy, co-auteur de l'étude et ingénieur de recherche senior au PNNL. "Tant d'étapes intermédiaires se produisent toutes sur ce seul catalyseur - chaque étape nécessite un composant différent du catalyseur pour l'activer."

Un catalyseur, fonctionnement flexible

Le catalyseur peut être utilisé pour fabriquer de la 2-pentanone et/ou de la 2-heptanone, qui sont utilisés dans les solvants pour l'industrie électronique et sont généralement dérivés du pétrole. Les cétones C5+ peuvent également servir d'intermédiaires pour produire un mélange de carburant, lubrifiants, carburéacteur, et le carburant diesel. Générer de tels produits à partir d'éthanol renouvelable plutôt que de ressources fossiles pourrait aider à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à renforcer la sécurité énergétique.

"Ce catalyseur est très flexible, " a déclaré Ramasamy. " Nous pouvons faire des ajustements aux conditions de fonctionnement, comme la température et la pression, pour atteindre la composition de produit souhaitée.

Le processus est détaillé dans l'article « Conversion catalytique directe de l'éthanol en cétones C5+ :rôle de l'alliage Pd-Zn sur l'activité catalytique et la stabilité, " publié dans la revue Angewandte Chemie Édition Internationale .