Au cours d'une année qui a déjà mis à mal les chaînes d'approvisionnement de fabrication, une nouvelle pénurie complique la vie des fabricants et des consommateurs :les plastiques, et l'emballage alimentaire, composants automobiles, Vêtements, équipements médicaux et de laboratoire et d'innombrables autres articles qui en dépendent.

Mais un nouveau catalyseur chimique développé à l'Université du Michigan pourrait permettre la production d'une plus grande partie de la matière première pour le deuxième plastique le plus utilisé au monde. La matière première, propylène, est utilisé pour fabriquer le polypropylène plastique, soit 8 millions de tonnes par an.

Le nouveau catalyseur, qui peut fabriquer du propylène à partir du gaz naturel, est au moins 10 fois plus efficace que les catalyseurs commerciaux actuels. Et il dure 10 fois plus longtemps avant d'avoir besoin d'être régénéré. Il est composé de nanoparticules de platine et d'étain qui sont soutenues par une armature de silice.

"L'industrie est passée au fil des ans des matières premières pétrolières au gaz de schiste, " dit Suljo Linic, le professeur Martin Lewis Perl Collegiate de génie chimique à l'U-M et auteur principal d'un article publié dans Science . "Il y a donc eu une poussée pour trouver un moyen de produire efficacement du propylène à partir du propane, un composant du gaz de schiste. Ce catalyseur atteint cet objectif."

Le secret d'une « déshydrogénation non oxydante » efficace

Le propylène est traditionnellement produit dans les raffineries de pétrole dans des vapocraqueurs massifs qui décomposent les matières premières pétrolières en molécules d'hydrocarbures plus légères. Mais le craquage du gaz de schiste pour produire du propylène s'est avéré inefficace.

Le nouveau catalyseur peut produire efficacement du propylène - une molécule avec trois atomes de carbone et six hydrogènes - à partir de propane, qui a deux hydrogènes supplémentaires. Il utilise un processus appelé déshydrogénation non oxydante. L'une des raisons pour lesquelles les catalyseurs actuels sont inefficaces est qu'ils nécessitent l'ajout d'hydrogène au processus. Cette approche ne fonctionne pas.

L'innovation clé du nouveau catalyseur est la façon dont il utilise la silice comme structure de support pour les nanoparticules de platine et d'étain, plutôt que l'alumine qui est utilisée dans les catalyseurs actuels. L'alumine réagit avec l'étain, l'amenant à se séparer du platine et à briser le catalyseur. Parce que le nouveau catalyseur retient cette réaction, il a une durée de vie plus longue.

"La silice comme support pour les nanoparticules de platine-étain a déjà été essayée, mais les techniques de synthèse conventionnelles n'étaient pas assez précises pour permettre une interaction étroite entre le platine et l'étain, " a déclaré Ali Hussain Motagamwala, Chercheur postdoctoral U-M et premier auteur de l'article.

"Nous avons surmonté cela en synthétisant d'abord un complexe platine-étain avec une excellente interaction. Nous avons ensuite supporté ce complexe sur de la silice pour produire un catalyseur très bien défini qui est actif, sélectif et stable pendant la déshydrogénation du propane non oxydante.

Une clé de la commercialisation sera de trouver un moyen de régénérer le catalyseur après qu'il soit encrassé par le carbone. Même si les catalyseurs actuels sont de courte durée, Linic dit, l'industrie chimique a développé un système complexe qui peut régénérer le catalyseur encrassé rapidement et efficacement. Un système similaire devra être développé pour le nouveau catalyseur.

Stabiliser les approvisionnements en propylène

"Construire les types d'usines qui exécuteraient ce processus à une échelle commerciale serait un investissement massif, et pour cette raison, l'industrie chimique a tendance à évoluer lentement, " Linic a déclaré. "Ce catalyseur est très bon, mais la régénération est la prochaine grande question."

Alors que le catalyseur est encore au stade de la recherche, il a la possibilité de renforcer les approvisionnements mondiaux en propylène, qui ont été épuisés par la montée en flèche de la demande mondiale, Problèmes de production liés au COVID et série d'arrêts liés aux ouragans dans les raffineries de pétrole de la côte du Golfe qui produisent le produit chimique.

L'article est intitulé « Catalyseurs stables et sélectifs pour la déshydrogénation du propane fonctionnant à la limite thermodynamique ».