La nouvelle membrane en céramique permet la première conversion directe du gaz naturel en liquides sans émission de CO2

5 août 2016

par CoorsTek Membrane Sciences

Une équipe de scientifiques de CoorsTek Membrane Sciences, de l'Université d'Oslo (Norvège) et de l'Instituto de Tecnología Química (Espagne) a développé un nouveau procédé pour utiliser le gaz naturel comme matière première pour les produits chimiques aromatiques. Le processus utilise une nouvelle membrane céramique pour rendre possible pour la première fois la conversion directe et non oxydante du gaz en liquide, ce qui réduit les coûts, élimine plusieurs étapes de processus et évite toute émission de dioxyde de carbone (CO2). Les précurseurs aromatiques qui en résultent sont des produits chimiques sources pour les matériaux d'isolation, les plastiques, les textiles et le carburéacteur, entre autres produits de valeur.

L'activation directe du méthane, le principal composant du biogaz et du gaz naturel, est un objectif clé de la communauté de recherche sur les hydrocarbures depuis des décennies. Ce nouveau procédé est détaillé dans l'édition du 5 août 2016 de Science, dans un article de recherche intitulé "Conversion directe du méthane en aromatiques dans un réacteur catalytique à membrane co-ionique".

« Considérez l'ampleur de l'industrie pétrolière, gazière et pétrochimique aujourd'hui », déclare le Dr Jose Serra, professeur à l'Instituto de Tecnología Química (ITQ) à Valence, en Espagne, un laboratoire de recherche de premier plan pour la catalyse des hydrocarbures et co-auteur du rapport dans Science. "Avec de nouveaux réacteurs à membrane céramique pour fabriquer des carburants et des produits chimiques à partir de gaz naturel au lieu de pétrole brut, toute la chaîne de valeur des hydrocarbures peut devenir beaucoup moins chère, plus propre et plus légère."

« En utilisant une membrane céramique qui élimine simultanément l'hydrogène et injecte de l'oxygène, nous avons pu fabriquer des hydrocarbures liquides directement à partir du méthane en une seule étape. En prime, le processus génère également un flux d'hydrogène de haute pureté comme sous-produit », explique le professeur Serra. « Au niveau macro, c'est vraiment très simple - un gaz abondant et peu coûteux et un liquide précieux sortant grâce à un processus propre et peu coûteux. Au niveau de la nanochimie, cependant, où les molécules interagissent avec le catalyseur et la membrane à une température d'environ 700 °C, il y avait de nombreux facteurs à concevoir et à contrôler afin de rendre uniquement les molécules précieuses spécifiques nécessaires pour faire fonctionner le nouveau processus.

Le méthane constitue une grande partie des ressources mondiales en hydrocarbures, mais une grande partie de cette ressource est bloquée sans voies économiquement viables vers le marché. Même lorsqu'elle est disponible pour les conversions industrielles, la grande stabilité de la molécule de méthane entraîne des pertes d'énergie associées au traitement en plusieurs étapes dans les grandes usines chimiques qui utilisent de l'oxygène ou de la vapeur pour activer le méthane dans ce que l'on appelle le traitement des gaz de synthèse.

La température et la pression ont toujours été les principaux paramètres avec lesquels les chimistes et les ingénieurs peuvent travailler pour contrôler les réactions. Les catalyseurs peuvent améliorer la vitesse et la sélectivité, sans favoriser les réactions au-delà de leur limite d'équilibre chimique. L'intégration d'une membrane céramique conductrice d'ions dans le réacteur permet d'augmenter la productivité de procédés industriellement attractifs qui seraient autrement peu pratiques en raison de fortes contraintes thermodynamiques.

Les membranes céramiques sont fabriquées à partir de matériaux abondants comme le baryum et le zirconium trouvés dans de grands gisements de sable, avec l'ajout de fines couches électrocatalytiques de métaux abondants comme le nickel et le cuivre.

« Grâce à la fabrication à grand volume, nous pouvons fabriquer des réacteurs à membrane à partir de céramiques actives dont le coût est compétitif par rapport aux réacteurs catalytiques conventionnels pour le traitement des gaz », a déclaré Per Vestre, directeur général de CoorsTek Membrane Sciences. "Alors que les coûts du réacteur seront similaires, les résultats permis par ce nouveau procédé ont le potentiel d'améliorer considérablement les coûts financiers et environnementaux de la production chimique, un développement que CoorsTek pense rendre le monde sensiblement meilleur."

Plus d'information: SH Morejudo et al, Conversion directe du méthane en aromatiques dans un réacteur catalytique à membrane co-ionique, Science (2016). DOI : 10.1126/science.aag0274

Informations sur la revue :Science

Fourni par CoorsTek Membrane Sciences