Si les humains créaient une salle des émissions de la honte, quels polluants nommeriez-vous ?

Le dioxyde de carbone et le méthane seraient probablement les favoris des fans. Mais prenez un moment et considérez mon candidat cheval noir :le dioxyde de soufre. Contrairement à ses homologues à base de carbone, le dioxyde de soufre n'est pas considéré comme un gaz à effet de serre majeur et n'obtient pas autant d'attention dans les médias. Au lieu, il fait son sale boulot par d'autres moyens.

Le dioxyde de soufre est émis principalement par la combustion de combustibles fossiles provenant de centrales électriques, industrie, automobile, avions et bateaux. Le dioxyde de soufre trouve alors d'autres molécules atmosphériques dans l'air, se combine avec eux, et forme des particules contenant du soufre.

Ces particules inhalables peuvent être très petites - certaines font moins d'un dixième de la largeur d'un cheveu humain - et elles contribuent aux pluies acides, brume et smog. Tous ces facteurs provoquent des complications respiratoires et exacerbent des conditions existantes telles que l'asthme. En réalité, ces particules sont considérées comme le polluant atmosphérique ayant le plus grand impact sur la santé publique.

Je suis un chimiste organique qui développe des technologies pour résoudre des défis, problèmes à grande échelle comme la pollution par le soufre au niveau moléculaire.

Un problème mondial

Vivre à Los Angeles, il est impossible d'éviter la pollution par les particules contenant du soufre au quotidien et c'est également un problème de santé publique important dans de nombreuses autres villes nord-américaines. D'autres parties du monde, y compris de nombreuses villes en Inde et en Chine, l'avoir encore pire.

Mais il y a une lueur d'espoir dans notre nuage de smog. Alors que le dioxyde de carbone est un sous-produit nécessaire de la combustion de combustibles fossiles, le dioxyde de soufre ne l'est pas. Contrairement au carbone, le soufre est en fait un contaminant indésirable dans les carburants. Cela signifie que si tout le soufre pouvait être retiré des combustibles fossiles avant qu'ils ne soient brûlés, les émissions de soufre seraient réduites et la pollution réduite.

Heureusement, la majeure partie du soufre est déjà retirée des carburants lors du raffinage grâce à un processus chimique remarquable appelé hydrodésulfuration. Le soufre est extrait du carburant sous forme de sulfure d'hydrogène, qui est ensuite converti en soufre solide, ou acide sulfurique. Mais certaines molécules de soufre tenaces ont tendance à contourner complètement ce processus et ces contaminants se retrouvent dans nos réservoirs d'essence. Par exemple, même le diesel à très faible teneur en soufre (ULSD) contient environ 10 à 15 parties par million de soufre.

Le procédé d'hydrodésulfuration repose sur un catalyseur métallique, hautes pressions d'hydrogène gazeux, et des températures élevées - c'est une science et une ingénierie très complexes. Le catalyseur et expert du raffinage Valentin Parmon a expliqué à quel point ce processus est vraiment sophistiqué dans une conférence de 2016. Dedans, il a noté qu'il y a plus de pays avec les capacités techniques pour produire des armes nucléaires que de pays qui peuvent raffiner substantiellement les combustibles.

La demande mondiale de pétrole devant augmenter jusqu'en 2040 environ, les scientifiques et les ingénieurs doivent rapidement trouver un moyen de réduire davantage la quantité de soufre dans les carburants, idéalement à des niveaux négligeables. Une telle percée permettrait aux gens du monde entier de respirer plus facilement.

Accélérer la chimie

En 2016, J'ai soutenu mon doctorat. en chimie organique du laboratoire Grubbs de Caltech. Durant mes études, mon équipe et moi avons découvert qu'une classe de molécules contenant l'élément potassium pouvait agir comme catalyseur et améliorer des processus chimiques difficiles. Ce genre de comportement était très surprenant car les catalyseurs industriels utilisent souvent des métaux lourds coûteux, comme le palladium, ou d'autres métaux qui nécessitent des températures élevées pour être actifs. En revanche, le potassium est un composant des minéraux communs. C'est le septième élément le plus abondant de la croûte terrestre - 20 millions de fois plus abondant que le palladium et des ordres de grandeur moins cher.

Jusque là, nous avons trouvé des utilisations pour notre technologie du potassium dans un certain nombre d'applications majeures, notamment dans les domaines de la santé et de l'énergie. Au moment où j'ai quitté Caltech en 2016, nous avons eu un grand nombre de brevets accordés et en instance pour cette chimie et nous travaillons sur beaucoup d'autres maintenant.

J'avais hâte de commencer à appliquer ces découvertes pour résoudre des problèmes mondiaux, ainsi, la même année, je me suis associé aux entrepreneurs Nick Slavin et Nova Spivack et j'ai fondé Fuzionaire pour commercialiser cette technologie.

Éliminer le soufre avec du potassium

En 2013, des premiers travaux prometteurs initiés par mon ami et collègue de Caltech, Dr Alexey Fedorov, nous a incités à envisager d'utiliser la technologie du potassium pour éliminer le soufre du carburant. Quatre ans plus tard, Alexey et moi, avec une équipe internationale de collaborateurs académiques et industriels, publié un article décrivant nos résultats.

La méthode s'est avérée très efficace. Dans le laboratoire, nous pourrions réduire la concentration de soufre dans un échantillon de carburant diesel riche en soufre de 10, 000 parties par million à deux, dépasser les ambitieuses réglementations internationales sur le soufre pour les carburants de transport, et le faire à basse température et pression.

L'année dernière, deux articles de scientifiques chinois de plusieurs institutions du Jiangsu, Shandong, et Pékin a appliqué notre méthode à base de potassium pour éliminer le soufre du charbon brut extrait dans les régions de Xinyu et de Guxian. Leurs expériences utilisant des quantités de charbon de la taille d'un tube à essai ont été couronnées de succès et en 80 minutes, ils ont éliminé plus de 60 % du soufre.

À ce stade, notre méthode de désulfuration n'a pas encore été utilisée pour raffiner de grandes quantités de carburant, les prochaines étapes consistent donc à mettre en œuvre des solutions d'ingénierie et à peaufiner la chimie pour une mise à l'échelle.

Regarder vers l'avant

Bien que des travaux restent à faire pour améliorer la technique de désulfuration afin de la rendre adaptée au raffinage à grande échelle, ces premiers résultats sont encourageants. Presque toutes les émissions de dioxyde de soufre en Inde proviennent du charbon, environ 33 millions de personnes vivent dans des zones fortement polluées par le dioxyde de soufre. En Chine, On pense que les émissions de dioxyde de soufre provenant principalement de la combustion du charbon contribuent à plus de 230, 000 décès chaque année avec un coût économique de plus de 100 milliards de dollars.

Au cours des 20 prochaines années, la population mondiale augmentera d'environ 1,7 milliard, principalement dans les zones urbaines des économies en développement. Cela devrait augmenter la demande d'énergie de 25 % jusqu'en 2040. Et malgré la poussée vers l'électrification et les énergies renouvelables, les combustibles fossiles devraient rester le fondement de la croissance économique pendant des décennies, et il est crucial qu'ils brûlent aussi proprement que possible.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.