Les chercheurs espèrent produire du méthanol, une matière première, en bordure d'un champ ou à la ferme, en utilisant des énergies renouvelables. En plus du vent ou du soleil, de l'eau et du CO2 seraient nécessaires pour produire les matières premières pour le processus de méthanol vert :le monoxyde de carbone (CO) et l'hydrogène (H2 ), qui réagissent catalytiquement pour former du méthanol.
Ceci est rendu possible par un nouveau catalyseur développé à Rostock. Un procédé basé sur ce principe dispense totalement de matières premières fossiles. Et il est très sélectif, ne produisant pratiquement aucun sous-produit.
Le catalyseur est à base de manganèse, comme l'explique Gordon Neitzel de l'Institut Leibniz de catalyse (LIKAT) :"L'atome métallique forme le centre catalytique. Il est fixé et protégé par une sorte d'échafaudage, ce qu'on appelle le ligand."
Dans le cadre de son doctorat, Gordon Neitzel a optimisé la structure moléculaire de ce ligand et a pour ainsi dire mis la touche finale au complexe catalytique. Les résultats ont été publiés dans la revue ChemCatChem .
Le travail fait partie du réseau de recherche E4MeWi. L'abréviation signifie « Energie-Effiziente Erneuerbare Energien basierte Méthanol-Wirtschaft » (Économie de méthanol basée sur les énergies renouvelables et économe en énergie). Les partenaires du projet sont CreativeQuantum GmbH à Berlin, Ineratec GmbH à Karlsruhe, l'Université de la Ruhr à Bochum et le parc chimique de Bitterfeld-Wolfen.
"Une économie neutre pour le climat, comme l'objectif de la République fédérale d'Allemagne d'ici 2045, a également besoin de produits chimiques de base", a déclaré Gordon Neitzel.
Le méthanol est par exemple nécessaire pour les plastiques et les résines, qui sont utilisés partout, de l'ameublement à l'industrie automobile. La production de méthanol, actuellement de 110 millions de tonnes par an dans le monde, fonctionne traditionnellement au gaz naturel, à des pressions élevées de l'ordre de 50 à 100 bars et des températures comprises entre 200 et 300°C, selon le procédé. Pour chaque tonne de méthanol, les immenses usines émettent une tonne et demie de dioxyde de carbone. Cela n'a pas d'avenir.
Le projet E4MeWi vise à proposer une alternative au procédé conventionnel. Son élément central est le catalyseur, qui permet à H2 et le CO pour réagir à l'état dissous pour produire du méthanol. Le monoxyde de carbone est d'abord extrait du CO2 .
Le catalyseur au manganèse utilisé à cet effet a été initialement développé au LIKAT dans le groupe de recherche dirigé par le Dr Kathrin Junge et le professeur Matthias Beller. Il permet un tout nouveau processus qui réduit de moitié la pression et la température requises pour la production de méthanol.
De plus, le procédé ne nécessite pas de matières premières fossiles, ce qui fait du catalyseur un élément clé d'un futur CO2 - et une économie circulaire neutre pour le climat. D’autant que le méthanol, produit de manière verte, se prête également bien comme support de stockage chimique de l’hydrogène, l’un des espoirs de la transition énergétique.
Les participants au projet E4MeWi envisagent une usine de la taille d'un conteneur qui utilise les ressources locales pour une création de valeur durable pratiquement en bordure du champ, à la ferme ou dans la cour de ferme :énergie éolienne et solaire, CO2 émissions provenant de sources ponctuelles et du biogaz, des déchets plastiques ou des déchets de bois. CO2 et l'eau sont initialement combinés pour produire du gaz de synthèse, un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone, qui est converti en méthanol à l'aide du nouveau catalyseur.
Gordon Neitzel a considérablement optimisé le célèbre catalyseur au manganèse en développant de nouvelles structures pour le ligand qui entoure de manière protectrice le centre catalytiquement actif. "Sans cette enveloppe, le monoxyde de carbone attaquerait l'atome de manganèse au centre du catalyseur et détruirait le composé complexe." Ce travail a maintenant doublé la vitesse de réaction dans la production de méthanol.
Les partenaires du projet se rapprochent ainsi beaucoup plus d'une usine économiquement viable. Après tout, cela fait également partie de l'objectif d'une telle production décentralisée :créer un tout nouveau marché pour le commerce du méthanol et promouvoir ainsi les processus de transformation économique.
Plus d'informations : Gordon Neitzel et al, Un catalyseur à pince de manganèse amélioré pour l'hydrogénation à basse température du monoxyde de carbone en méthanol, ChemCatChem (2023). DOI : 10.1002/cctc.202301053
Fourni par l'Institut Leibniz pour la catalyse
