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Diesel propre à partir de charbon
Alors que le coût du pétrole monte en flèche et que les inquiétudes concernant la dépendance des États-Unis à l'égard du pétrole étranger s'intensifient, le charbon devient une alternative de plus en plus attrayante comme matière première pour fabriquer une gamme de carburants. Aujourd'hui, les chimistes ont inventé un nouveau procédé catalytique qui pourrait augmenter le rendement d'une forme propre de diesel à base de charbon.
La méthode, décrite dans le dernier numéro de la revue La science , utilise une paire de catalyseurs pour améliorer le rendement du carburant diesel de la synthèse Fischer-Tropsch (F-T), une technique chimique vieille de près d'un siècle pour faire réagir le monoxyde de carbone et l'hydrogène pour produire des hydrocarbures. Le mélange de gaz est produit en chauffant du charbon. Bien que l'Allemagne ait utilisé ce procédé pendant la Seconde Guerre mondiale pour convertir le charbon en carburant pour ses véhicules militaires, la synthèse F-T a généralement été trop coûteuse pour concurrencer le pétrole.
Une partie du problème avec le processus F-T est qu'il produit un mélange d'hydrocarbures - dont beaucoup ne sont pas utiles comme carburant. Mais dans les recherches récentes, Alain Goldman , professeur de chimie et de biologie chimique à l'Université Rutgers, et Maurice Brookhart , professeur de chimie à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, utilisent des catalyseurs pour convertir ces hydrocarbures indésirables en diesel. Les catalyseurs fonctionnent en réarrangeant les atomes de carbone, en transformant les hydrocarbures à six atomes de carbone, par exemple, en hydrocarbures à deux et dix atomes de carbone. La version à dix carbones peut alimenter des moteurs diesel. Le premier catalyseur élimine les atomes d'hydrogène, ce qui permet au second catalyseur de réarranger les atomes de carbone. Ensuite, le premier catalyseur restitue l'hydrogène, pour former du carburant.
Le carburant diesel produit de cette manière présente plusieurs avantages potentiels. Le diesel ordinaire contient des molécules, appelées aromatiques, qui, lorsqu'elles sont brûlées, produisent des particules, explique Goldman. Mais le diesel formé par les nouveaux catalyseurs n'inclut pas d'aromatiques, il brûle donc beaucoup plus proprement, surmontant l'une des principales objections au carburant diesel. Cela pourrait conduire à davantage de véhicules utilisant des moteurs diesel, qui sont environ 30 % plus efficaces que les moteurs à essence.
Mais le plus grand avantage est peut-être que les États-Unis ont d'énormes quantités de charbon : nous avons autant d'énergie dans le charbon que le reste du monde en a dans le pétrole. C'est assez pour nous durer les cent prochaines années environ, dit Goldman. Ainsi, une méthode plus efficace et donc moins coûteuse de conversion du charbon en diesel pourrait réduire considérablement la dépendance des États-Unis vis-à-vis du pétrole étranger, et ce pendant longtemps.
Quand j'ai vu cela, j'ai pensé que c'était vraiment une contribution formidable qui pourrait être très importante, dit Richard Schrock , professeur de chimie au MIT, qui a remporté le Prix Nobel de chimie en 2005, avec deux autres scientifiques, pour avoir découvert le type de catalyseur utilisé dans la deuxième étape. Combiner deux catalyseurs de cette manière est assez rare, dit-il. Vous ne pouvez pas simplement combiner deux choses et vous attendre à obtenir les résultats que vous attendiez.
Selon Robert Grubbs , professeur de chimie à Caltech, qui a partagé le prix Nobel avec Schrock, La clé est de trouver des systèmes catalytiques compatibles et qui fonctionneront à des températures permettant de faire les deux processus ensemble.
À l'heure actuelle, la nouvelle méthode catalytique est encore une preuve de concept et n'est pas prête pour une utilisation commerciale. Par exemple, le deuxième catalyseur a tendance à se décomposer. Mais Schrock dit que ce problème devrait être résolu : il est théoriquement possible que cela devienne pratique. J'ai envoyé un e-mail à Alan Goldman et lui ai dit : « Écoutez, nous avons beaucoup de catalyseurs, et je peux penser à certaines choses qui pourraient être plus stables thermiquement. » Je vais donc lui envoyer des catalyseurs, et il va pour les essayer.
Il pourrait également être possible de fabriquer des catalyseurs qui utilisent les produits de la première réaction pour se régénérer. Alors le catalyseur ne mourrait pas, et vous pourriez en fait continuer la réaction, dit Schrock.
Image de la page d'espoir avec l'aimable autorisation de Joseph Blumberg. Légende : L'associée postdoctorale Ritu Ahuja présente le matériau catalyseur à l'étudiante diplômée Elizabeth Pelczar et au professeur Alan Goldman.