Les « matières premières critiques » sont cruciales pour de nombreuses industries européennes, mais elles sont vulnérables à la pénurie et à la rupture de l'approvisionnement. En tant que tel, il est vital que l'Europe développe des stratégies pour répondre à la demande de matières premières. Une de ces stratégies consiste à trouver des méthodes ou des substances qui peuvent remplacer les matières premières que nous utilisons actuellement. Avec ça en tête, quatre projets de l'UE travaillant sur la substitution en catalyse, l'électronique et la photonique ont présenté leurs travaux lors du troisième atelier du réseau d'innovation sur la substitution des matières premières critiques organisé par le projet CRM_INNONET à Bruxelles au début du mois.

NOVACAM

NOVACAM, un projet coordonné Japon-UE, vise à développer des catalyseurs utilisant des éléments non critiques conçus pour libérer le potentiel de la biomasse en une source viable d'énergie et de matières premières chimiques.

Le projet utilise une approche « catalyseur par conception » pour le développement de catalyseurs de nouvelle génération (catalyseurs inorganiques à l'échelle nanométrique), comme l'a expliqué le coordinateur du projet NOVACAM, le professeur Emiel Hensen de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas. Lancé en septembre 2013, le projet développe des catalyseurs qui incorporent des métaux non critiques pour catalyser la conversion de la lignocellulose en matières premières chimiques industrielles et en biocarburants. La première partie du projet a consisté à développer le principe de la chimie tandis que la seconde partie consiste à démontrer la preuve du processus. Le professeur Hensen prédit que peut-être seulement deux des trois concepts survivront à cette phase.

Le projet a déjà fait des progrès significatifs dans la conversion du glucose et de l'éthanol, selon le professeur Hensen, et a produit quelques publications scientifiques importantes. Le consortium travaille avec un conseil consultatif industriel comprenant Shell dans l'UE et Nippon Shokubai au Japon.

FREECATS

Le projet FREECATS, présenté par le coordinateur du projet, le professeur Magnus Rønning de l'Université norvégienne des sciences et technologies, a travaillé au cours des trois dernières années pour développer de nouveaux catalyseurs sans métal. Ceux-ci se présenteraient soit sous la forme de nanomatériaux en vrac, soit dans des structures hiérarchiquement organisées, qui seraient toutes deux capables de remplacer les catalyseurs traditionnels à base de métaux nobles dans les transformations catalytiques d'importance stratégique.

Le professeur Magnus Rønning a expliqué que l'application des nouveaux matériaux pourrait éliminer le besoin d'utiliser des métaux du groupe du platine (PGM) et des métaux des terres rares - dans les deux cas, l'Europe est très dépendante des autres pays pour ces matériaux. Au cours de ses recherches, FREECATS a ciblé trois domaines en particulier :les piles à combustible, la production d'oléfines légères et l'épuration de l'eau et des eaux usées.

En travaillant au remplacement du platine dans les piles à combustible, le projet soutient l'objectif de l'UE de remplacer le moteur à combustion interne d'ici 2050. Cependant, comme l'a noté le professeur Rønning, tandis que le platine a été optimisé pour une utilisation sur plusieurs décennies, les matériaux utilisés par FREECATS sont nouveaux et viennent donc avec leurs nouveaux défis auxquels le projet s'attaque.

HARFIR

Prof. Atsufumi Hirohata de l'Université de York au Royaume-Uni, coordinateur du projet HARFIR, décrit comment le projet vise à découvrir un alliage antiferromagnétique qui ne contient pas le métal rare Iridium. L'iridium est de plus en plus utilisé dans de nombreux dispositifs de stockage électronique de spin, y compris les têtes de lecture dans les disques durs. L'approvisionnement mondial dépend du minerai de platine qui provient principalement d'Afrique du Sud. La situation est bien pire que pour les autres éléments des terres rares car le prix a augmenté ces dernières années, selon le professeur Hirohata.

L'équipe HARFIR, partagé entre l'Europe et le Japon, vise à remplacer les alliages Iridium par des alliages Heusler. L'équipe de l'UE, dirigé par le professeur Hirohata, a travaillé sur la préparation de couches minces polycristallines et épitaxiales d'alliages Heusler, avec la conception matérielle menée par des calculs théoriques. L'équipe japonaise, dirigé par le professeur Koki Takanashi à l'Université de Tohoku, travaille quant à lui à la préparation de couches minces épitaxiées, mesures de propriétés fondamentales et caractérisation structurale/magnétique par faisceaux de neutrons et de rayons X synchrotron.

L'un des plus grands défis a été que les alliages Heusler ont une structure atomique relativement compliquée. En ce qui concerne le travail de HARFIR, s'il y a un désordre atomique au bord des dispositifs à nanopiliers, les propriétés magnétiques nécessaires sont perdues. L'équipe explore des solutions à ce défi.

IRENA

Le professeur de l'Université Esko Kauppinen Aalto en Finlande a clôturé la première session de la matinée avec sa présentation du projet IRENA. Lancé en septembre 2013, le projet se déroulera jusqu'à mi-2017 avec pour objectif de développer des matériaux à hautes performances, des films minces spécifiquement métalliques et semi-conducteurs de nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) pour éliminer complètement l'utilisation des métaux critiques dans les dispositifs électroniques. L'objectif final est de remplacer l'Indium dans les films conducteurs transparents, et l'indium et le gallium en tant que semi-conducteurs dans les transistors à effet de champ à couche mince (TFT).

L'équipe IRENA développe une alternative flexible, transparent et extensible afin qu'il puisse répondre aux exigences de l'électronique du futur - y compris la possibilité d'imprimer l'électronique.

IRENA implique trois partenaires européens et trois japonais. L'équipe possède une expertise en synthèse de nanotubes, fabrication de couches minces et fabrication de dispositifs flexibles, modélisation des processus de croissance de nanotubes et de transport de charges en couches minces, et le projet a bénéficié d'échanges de membres d'équipe entre les institutions. L'une des principales réalisations à ce jour est que le projet a réussi à utiliser pour la première fois un film mince de nanotubes à la fois comme électrode et couche de blocage des trous dans une cellule solaire organique.