Une empreinte carbonique réduite dans le secteur pétrochimique ?

Les phénomènes tels que le réchauffement planétaire, les pénuries d’énergie et la diminution des ressources ont souligné l’importance de la mise en place de technologies plus efficaces, durables et respectueuses de l’environnement. De telles améliorations sont particulièrement indispensables dans les industries énergivores comme le secteur chimique et pétrochimique. Les scientifiques du projet de recherche ENACT financé par l’UE ont fait un pas de géant en relevant ces défis par le développement de technologies chimiques durables.

Une grande partie des processus dans l’industrie pétrochimique se déroule à des températures extrêmes, ce qui nécessite d’énormes quantités d’énergie. Le propylène qui est utilisé dans de nombreux articles de consommation industrielle et courante comme les adhésifs, les fibres, les peintures et autres, est l’un des produits dérivé de ce type de processus. Le processus de purification du propylène consiste à le séparer du propane par distillation cryogénique, à savoir un processus gourmand en énergie qui implique le refroidissement des gaz à des températures très basses.

Des réseaux métallo-organiques prometteurs

Les polymères poreux appelés réseaux métallo-organiques, ou autrement MOF, représentent une alternative à rendement énergétique plus élevé. Ces composés cristallins sont constitués d’ions métalliques reliés aux ligands organiques pour former des structures 3D. Les propriétés uniques des MOF, telles que leur porosité élevée, leurs surfaces importantes et la diversité de leurs structures, permettent leur utilisation dans une large gamme de processus industriels, notamment le stockage, la purification et la séparation des gaz, ainsi que les applications de détection et de catalyse. Ce sont également des matériaux prometteurs pour les applications de captage du carbone grâce à leurs capacités élevées d’adsorption du carbone et au fait que leurs propriétés peuvent être adaptées avec précision.

Les membranes à base de MOF sont particulièrement performantes dans le processus de séparation des gaz. Leurs pores de taille nanométrique capturent parfaitement les molécules, tout en permettant aux autres substances de passer à travers. D’excellentes performances dans la séparation de mélanges de propylène et de propane sont réalisées par une catégorie de MOF appelée ZIF-8 (réseau zéolithique à base d’imidazolate). Ce film ultra-fin permet la diffusion du propylène à travers ses pores 125 fois plus efficacement que les autres matériaux. De plus, le processus de séparation est réalisé à une température ambiante d’environ 30 °C et consomme ainsi moins d’énergie.

Un nouveau tournant pour les MOF

Jusqu’à présent, des modifications complexes devaient être apportées aux supports poreux des membranes ZIF-8 pour qu’elles puissent accomplir de bonnes performances dans le processus de séparation du propylène et du propène. Dans cette perspective, l’équipe du projet ENACT a mis au point une méthode de synthétisation de la structure ZIF-8 sans modification du support. Leur méthode, appelée assemblage de noyaux électrophorétiques pour la cristallisation de films fins hautement imbriqués, est décrite dans un article publié dans la revue « Wiley Online Library ».

En utilisant cette nouvelle méthode, les scientifiques ont synthétisé des membranes ZIF-8 d’une épaisseur de 0,5 μm, sans défauts, sur une large gamme de supports non modifiés, tels que le polyacrylonitrile poreux, l’oxyde d’aluminium anodisé, les feuilles métalliques, le carbone poreux et le graphène. Les résultats ont montré l’une des meilleures performances du processus de séparation du propylène et du propane réalisées jusqu’à présent avec des membranes MOF. Comme les auteurs l’expliquent, leur nouvelle approche est « simple, reproductible et peut être étendue à une large gamme de cristaux nanoporeux ».

À l’aide de simulations informatiques, de synthèses de matériaux et de qualification expérimentale, le projet ENACT (Enhancing sustainable chemical technologies through the synergy of computer simulation and experiment) essaie d’optimiser la conception des systèmes de phase liquide pour les technologies chimiques. Son objectif suprême est d’utiliser les avancées obtenues dans différents domaines, tels que les liquides poreux et les membranes biomimétiques, pour développer des processus efficaces et durables ayant un impact environnemental faible. Ce qui permettra de lutter contre la pollution atmosphérique, les pénuries d’énergie et le réchauffement planétaire.

Pour plus d’informations, veuillez consulter :
site web du projet ENACT
Source : CORDIS