Le méthane est une source d’énergie abondante et bon marché, mais il est également inerte, ce qui signifie qu’il est difficile de briser ses fortes liaisons chimiques pour le convertir en d’autres molécules. Pour surmonter ce défi, les scientifiques ont étudié l'utilisation de catalyseurs, des matériaux qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommés au cours du processus.
L'équipe du TUM, dirigée par le professeur Johannes Lercher, a utilisé une combinaison de techniques expérimentales et informatiques pour étudier comment le méthane interagit avec un modèle de catalyseur constitué de nanoparticules de rhodium supportées sur une surface d'oxyde de cérium. Ils ont découvert que la clé pour activer le méthane sur le catalyseur était de créer des « points chauds » spécifiques, où les molécules de méthane pouvaient entrer en contact étroit avec les sites actifs à la surface du catalyseur et réagir.
Les chercheurs y sont parvenus en contrôlant la taille et la répartition des nanoparticules de rhodium et en modifiant les propriétés de surface du support en oxyde de cérium. Ils ont découvert qu'en créant un arrangement hautement dispersé de petites nanoparticules de rhodium sur la surface de l'oxyde de cérium et en modifiant la structure électronique du catalyseur, ils pourraient améliorer considérablement l'activité catalytique de conversion du méthane.
L'étude fournit des informations importantes sur la conception et l'optimisation de catalyseurs pour l'activation et la conversion du méthane, et pourrait avoir des implications pour le développement de procédés plus efficaces et plus respectueux de l'environnement pour l'utilisation du gaz naturel.
Le méthane représente environ 10 % de la consommation mondiale d’énergie et est principalement utilisé pour le chauffage et la production d’électricité. Cependant, le méthane peut également être converti en divers produits précieux, tels que l’hydrogène, le méthanol et l’éthylène, utilisés dans la production de carburants, de plastiques et d’autres produits chimiques.
Le défi de la conversion du méthane réside dans sa force de liaison élevée, qui rend difficile la rupture des molécules. Cela nécessite des températures élevées ou l’utilisation de catalyseurs, des matériaux qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommés dans le processus.
L'équipe de TUM s'est concentrée sur le développement d'un catalyseur capable d'activer le méthane à des températures relativement basses, ce qui rendrait le processus plus économe en énergie. Ils ont utilisé un modèle de catalyseur composé de nanoparticules de rhodium supportées sur une surface d'oxyde de cérium.
En contrôlant soigneusement la taille et la distribution des nanoparticules de rhodium, ainsi que les propriétés électroniques de la surface du catalyseur, les chercheurs ont pu créer des « points chauds » spécifiques sur le catalyseur où les molécules de méthane pourraient réagir efficacement.
L’étude démontre l’importance d’une conception et d’une ingénierie précises des catalyseurs pour libérer tout le potentiel du méthane en tant que matière première polyvalente pour la production de carburants et de produits chimiques.
