La durabilité est un enjeu important dans les affaires et l'industrie de nos jours. De nombreuses entreprises reconnaissent la nécessité de trouver les meilleures solutions climatiquement neutres possibles pour fabriquer leurs produits et réduire leur production de polluants. Cela signifie qu'ils recherchent des options de fabrication qui ne nécessitent pas l'utilisation de matières premières fossiles. Un grand potentiel à cet égard est vu dans l'électrosynthèse, un processus qui implique la transformation de substances chimiques dans une cellule d'électrolyse à l'aide d'énergie électrique.

Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Siegfried Waldvogel, porte-parole du SusInnoScience Top-Level Research Area de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU), a déjà démontré, par exemple, qu'il est possible d'utiliser cette technique pour extraire le composé aromatique vanilline des déchets de bois. Une application particulièrement prometteuse de l'électrosynthèse serait son utilisation pour la production de précurseurs plastiques. L'électrosynthèse serait non seulement plus efficace que les techniques conventionnelles mais n'entraînerait pas non plus de consommation de ressources fossiles. Cependant, il y a un hic important et encore largement négligé :lors de l'électrosynthèse, un processus connu sous le nom de corrosion cathodique se produit. L'équipe de Waldvogel a décidé d'approfondir cette question en entreprenant d'abord une revue de la littérature sur le sujet. Les résultats de cette recherche ont été publiés récemment dans Avis sur les produits chimiques .

L'équipe de recherche a évalué les articles traitant de la corrosion cathodique qui sont apparus au cours des 130 dernières années, dont une trentaine d'articles qu'ils ont eux-mêmes produits. « Notre équipe et un groupe chinois sont les seuls à avoir l'expertise nécessaire pour réaliser une telle revue de littérature, " a souligné Waldvogel.

Selon Waldvogel, les scientifiques connaissent le problème de la corrosion cathodique depuis plus de 200 ans, mais on n'a toujours pas trouvé le moyen de l'empêcher. Alors que l'oxydation de l'électrode positive, l'anode, pendant l'électrolyse a fait l'objet d'une étude approfondie, il y a encore beaucoup de questions sans réponse concernant la réduction qui se produit à l'électrode négative, la cathode. "Il est nécessaire d'utiliser des matériaux pour les électrodes qui ont une forte surtension vis-à-vis de l'hydrogène, donc pour cette raison les métaux lourds toxiques, comme le plomb et l'étain, sont employés, " dit Waldvogel. " Cependant, la cathode se dissout progressivement - ou se corrode - et libère ces métaux toxiques. » Cela peut entraîner une contamination des produits chimiques synthétisés, lequel est, bien sûr, un effet indésirable. « Si nous pouvions empêcher cette corrosion, nous aurions levé l'un des principaux écueils sur la voie de l'électrification des processus de production, " a-t-il ajouté. Le chimiste travaille actuellement sur deux projets visant à trouver une solution au problème. Le projet intitulé " Stratégies pour surmonter les limitations contemporaines des conversions électrosynthétiques réductrices en milieu aqueux " vient d'être lancé ce mois-ci. Il est financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) et la National Science Foundation des États-Unis à hauteur d'environ 1 million d'euros.

L'accent est mis ici sur une application pratique. Travaillant en collaboration avec une équipe de l'Iowa State University, l'objectif est de développer une méthode de génération de précurseurs de plastiques à partir de déchets agricoles – et ces produits doivent être synthétisés à la cathode. "En supposant que nous réussissions, nous pourrons à l'avenir utiliser les déchets pour fabriquer des intermédiaires chimiques, se traduisant par une valorisation durable, " a déclaré Waldvogel. Selon l'équipe de l'université de Mayence, ils étudieront principalement les différentes manières dont les électrodes peuvent être revêtues de sels tandis que leurs homologues américains se concentreront sur l'utilisation d'alliages avec lesquels on espère pouvoir inhiber la corrosion cathodique.

Depuis début 2021, chercheurs des deux domaines de recherche de haut niveau JGU SusInnoScience et M ³ ODEL ont travaillé ensemble sur le projet ECHELON, pour laquelle la Fondation Carl Zeiss apporte un financement d'environ 2 millions d'euros. "L'objectif est de mieux comprendre la théorie sous-jacente des processus qui se produisent lors de l'électrolyse. À cette fin, nous combinons des aspects des deux domaines importants de la chimie quantique et de la modélisation multi-échelle, " dit Waldvogel. " La chimie quantique nous permet de calculer les réactions chimiques à la cathode, tandis que la modélisation multi-échelle nous permet de cartographier théoriquement le mouvement et la concentration des ions dans le fluide entourant la cathode, " a-t-il conclu.