De nouveaux catalyseurs, qui se passent de métaux
Le projet FREECATS (Doped carbon nanostructures as metal-free catalysts), financé par l'UE, visait une production plus «verte» et donc plus durable de produits chimiques et autres substances utiles. Dix institutions de recherche européennes ont collaboré pour mettre au point des matériaux à base de carbone, qui remplaceront les métaux dans la catalyse. La catalyse est l'un des principaux consommateurs de métaux précieux comme le palladium et le platine. De nombreuses industries de transformation s'appuient sur des catalyseurs à base de métaux nobles pour accélérer des réactions et en améliorer le rendement. Cependant, les métaux du groupe du platine ne se trouvent généralement pas en Europe, incitant les chercheurs à trouver d'autres méthodes, utilisant des composés plus abondants. Les catalyseurs à base de carbone pourraient bien être exactement ce que cherchent les industries de transformation chimique. Ce nouveau type de catalyseurs, exempts de métaux, est plus sélectif et donc moins polluant. En effet, cette sélectivité réduit notablement le risque de synthétiser des produits imprévus et susceptibles d'être nocifs pour l'environnement. FREECATS s'est intéressé à des catalyseurs pour piles à combustible, pour la production d'oléfines, et pour le traitement de l'eau. Le fait de remplacer les catalyseurs à base de platine pour ces trois usages réduira notablement la demande très élevée de l'Europe, en particulier celle de l'industrie automobile. L'industrie automobile utilise couramment des catalyseurs à métaux nobles, par exemple ceux du groupe du platine, pour dépolluer les gaz d'échappement. Ceci pourrait être une opportunité unique pour un catalyseur sans métaux, mais les partenaires du projet ne visaient pas ce domaine. Les scientifiques sont partis d'atomes de carbone pour fabriquer des nanomatériaux bruts ou organisés hiérarchiquement. Il s'agissait de nanotubes et de nanofibres, dopés afin de modifier leur densité d'électrons. Les matériaux à base de carbone les plus étudiés ont été dopés à l'azote, et montré une activité catalytique bien différente des mêmes matériaux non dopés. Cependant, en fonction de la réaction à catalyser, on peut aussi utiliser du bore et du phosphore. Les chercheurs ont étudié des applications dans la conception de futures automobiles. Les catalyseurs au carbone pourraient ainsi servir dans des piles à combustible, afin de générer de l'électricité par la réaction de l'hydrogène avec l'oxygène. Actuellement, la réduction de l'oxygène fait appel à des catalyseurs au platine, mais elle peut aussi se faire avec des catalyseurs au carbone. La deuxième utilisation ayant un très grand potentiel est celle de la production d'oléfines. Ces composés sont largement utilisés par l'industrie chimique comme précurseurs du polyéthylène et du polypropylène. Les nouveaux catalyseurs sont très sélectifs, produisant davantage du produit voulu et moins de sous-produits indésirables. Ces nouveaux catalyseurs pourraient aussi servir dans le traitement de l'eau, produisant davantage d'eau potable. Lorsque le projet FREECATS s'est achevé, les chercheurs avaient déjà démontré les capacités des catalyseurs au carbone à l'échelle de l'installation pilote. Mais pour les chercheurs de FREECATS, il n'était pas suffisant de concurrencer les catalyseurs actuels à base de métaux nobles. Ils ont donc conduit une série de recherches de suivi, pour en améliorer davantage les performances.
Mots‑clés
Catalyseurs sans métaux, nanotechnologies, FREECATS, nanostructures de carbone, catalyse
