Un nouveau type de catalyseur composite promet une conversion rentable de l’éthanol en carburéacteur


Un nouveau type de catalyseur composite promet une conversion rentable de l'éthanol en carburéacteur

L’aviation contribue pour environ 2,5 % aux émissions mondiales de dioxyde de carbone. Afin de réduire considérablement ses émissions, le secteur de l’aviation commerciale aux États-Unis a besoin de nouvelles méthodes de production de carburant d’aviation durable. Crédit photo : Ross Parmly / Unsplash

La décarbonisation de l’aviation est essentielle pour atteindre les objectifs climatiques des États-Unis et améliorer l’économie énergétique du pays. Mais les technologies qui changent les voitures – comme les moteurs électriques et les carburants à – sont difficiles à mettre en œuvre dans les avions.

Une batterie suffisamment puissante pour alimenter un avion serait d’un poids prohibitif. L’hydrogène n’est qu’un quart de l’énergie que le kérosène (et beaucoup plus cher), mais nécessiterait à bord de grands réservoirs de stockage complexes. Pour réduire considérablement ses émissions, le secteur de l’aviation commerciale aux États-Unis a besoin de nouvelles façons de produire du carburant d’aviation durable.

Le marché de l’éthanol établi et concurrentiel offre la possibilité de changer la composition du carburéacteur et d’autres produits de carburant loin du pétrole. L’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy Bioenergy Technologies Office du ministère de l’Énergie se concentre sur le développement de carburants industriellement viables utilisant de la biomasse renouvelable, y compris les efforts des laboratoires nationaux pour produire des biocarburants compatibles avec les systèmes d’avions actuels.

La première étape d’un processus de transformation de l’éthanol en carburéacteur en plusieurs étapes développé par le laboratoire national d’Oak Ridge du DOE utilise un catalyseur pour convertir l’éthanol en C riche en butène. convertir3+ Les oléfines, des produits intermédiaires importants qui peuvent ensuite être transformés en carburants d’aviation. Deux étapes supplémentaires – l’oligomérisation et l’hydrotraitement – convertissent ces produits intermédiaires en hydrocarbures liquides utilisés comme carburants.

Zhenglong Li de ORNL a dirigé une équipe travaillant sur l’amélioration de la actuelle pour convertir l’éthanol en C. a été commandée3+ Olefins et a fait la démonstration d’un catalyseur unique qui bouleverse la pratique actuelle et réduit les coûts. L’étude a été publiée dans Catalyse ACS.

Deux défis empêchent une application plus large des techniques de conversion actuelles : un faible rendement en oléfine et un coût de production élevé. De plus, les nouvelles approches de conversion nécessitent de l’hydrogène supplémentaire, ce qui représente un coût supplémentaire. Le résultat final ? Le coût de valorisation de l’éthanol doit être considérablement réduit afin de concurrencer le pétrole.

Li a pour mission de remodeler le processus standard et C. produire3+ Oléfines à haut rendement sans hydrogène supplémentaire. En examinant les réactions mineures impliquées dans cette étape, l’équipe de Li s’est concentrée sur une solution possible.

« Alors que nous considérons cela comme un processus, du côté chimique, il y a plusieurs étapes élémentaires pour zoomer », a-t-il déclaré. « Dans un premier temps, nous produisons de l’hydrogène en interne – pouvons-nous utiliser cette faible concentration d’hydrogène en aval là où cela est nécessaire et éviter l’utilisation d’hydrogène supplémentaire ? Pour ce faire, nous devons développer de nouveaux catalyseurs ; les normes actuelles ne peuvent pas faire cette conversion à la température relativement élevée requise. »

L’équipe a développé et testé un catalyseur composite – un catalyseur bêta zinc-yttrium combiné à un catalyseur en alliage à un seul . Les scientifiques des matériaux de l’ORNL, dont le co-auteur de Li, Lawrence Allard, ont été les pionniers de l’utilisation de catalyseurs à un seul atome, qui a été présenté dans un article de Nature Chemistry en 2011.

« Les alliages monoatomiques sont utilisés pour l’hydrogénation sélective à basse température, mais personne n’a encore signalé leur utilisation dans ce type de réduction à haute température », a déclaré Li. « Nous savons également que nous pourrions facilement surhydrogéner ces molécules, ce qui ne le ferait pas. sois utile. La clé était de moduler le rapport d’hydrogène et de butadiène qui est créé pendant la réaction. »

Le procédé a été un succès : le catalyseur composite a atteint un taux d’éthanol de C.3+ Réaction d’oléfine sans hydrogène externe et décale le rendement.

« Nous atteignons une sélectivité de 78% avec une conversion d’éthanol de 94%, la plus élevée rapportée dans la littérature », a déclaré Li.

La recherche est une première pour la combinaison de ces catalyseurs et fournit une nouvelle compréhension fondamentale du fonctionnement de ces matériaux. L’équipe de Li continuera à faire progresser la technologie.

« Nous continuerons à optimiser ce processus afin d’atteindre une sélectivité encore plus élevée en catalyseur et un rendement en oléfine plus élevé », a-t-il déclaré. « L’industrie aéronautique a besoin de carburants liquides à haute densité énergétique. Cette nouvelle technologie catalytique est une étape importante sur la voie d’un carburant d’aviation renouvelable et durable grâce à la conversion de l’éthanol.


Des scientifiques développent un catalyseur pour convertir l’éthanol en produits chimiques et carburants de haute qualité


Plus d’information:
Michael J. Cordon et al., Formation sélective de butène dans la valorisation directe de l’éthanol en C3 + -oléfine sur des catalyseurs composites Zn-Y / bêta et alliage à un seul atome utilisant de l’hydrogène généré in situ, Catalyse ACS (2021). DOI : 10.1021 / acscatal.1c01136

Avec l’aimable autorisation du Laboratoire national d’Oak Ridge

Citation: Un catalyseur composite promet une conversion de l’éthanol en carburéacteur (2021, 7 juin), consulté le 8 juin 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-06-composite-catalyst-cost-effective – conversion d’éthanol en carburéacteur.html

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