Une percée chimique pourrait libérer le véritable potentiel de l’hydrogène en poudre comme carburant

Des chercheurs de l'Université Deakin en Australie ont découvert que le nitrure de bore, un produit chimique ménager couramment utilisé dans les peintures, les cosmétiques ainsi que le ciment dentaire, pourrait libérer le potentiel de l'hydrogène comme carburant, indique un communiqué de presse.

Avec l’imminence d’une crise énergétique et la menace de changement climatique provoquée par l’utilisation de combustibles fossiles, le besoin de carburants alternatifs n’a jamais été aussi fort. Les scientifiques du monde entier s’efforcent de faire progresser l’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie alternative. Cependant, le stockage et le transport du carburant restent fastidieux et risqués.

Une équipe de recherche de l'Université Deakin a découvert que la solution à ce problème était un humble produit chimique appelé nitrure de bore. La découverte a été si surprenante que les chercheurs eux-mêmes ont répété les expériences 20 à 30 fois pour confirmer leurs résultats et commencer à croire au potentiel de ce produit chimique.

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Comme son nom l’indique, ce produit chimique est le résultat d’une réaction chimique entre le bore et l’azote, qui donne un composé chimiquement et thermiquement résistant. En raison de ces propriétés, le produit chimique a trouvé des applications dans le moulage des métaux, mais plus près de chez nous, il est également utilisé comme lubrifiant dans les peintures et les cosmétiques.

Sous forme de poudre, le nitrure de bore agit comme un absorbant et fonctionne plutôt bien car il a une capacité d'absorption élevée même pour un faible encombrement. Les chercheurs ont exploité sa capacité d’absorption pour séparer les gaz dans un broyeur à boulets. Sorte de broyeur, un broyeur à boulets se compose de billes d'acier inoxydable qui sont placées à l'intérieur d'une chambre avec un mélange de gaz qui doivent être séparés.

La chambre est ensuite amenée à tourner à des vitesses élevées, au cours desquelles la réaction mécanochimique entre les parois de la chambre du broyeur à boulets, les billes en acier inoxydable et la poudre de nitrure de bore à l'intérieur entraîne l'absorption d'un gaz par la poudre.

Le communiqué précise que parmi un mélange de gaz, un seul type de gaz est absorbé par la poudre, qui peut ensuite être retirée du broyeur et transportée à température ambiante. En ce qui concerne l’hydrogène, il s’agit d’une méthode assez simple pour transporter le carburant contre les conteneurs à haute pression ou ultra-refroidissement actuellement utilisés. Pour libérer le gaz, il faut réchauffer la poudre sous vide. Une fois le gaz extrait, la poudre peut être réutilisée.

Cette technologie ne peut pas contribuer uniquement aux carburants du futur. Actuellement, les raffineries de pétrole utilisent un processus appelé « distillation cryogénique » pour séparer les composants du pétrole brut tels que l’essence et le gaz de cuisine. Il s’agit d’un processus à forte intensité énergétique qui représente environ 15 pour cent de la demande énergétique mondiale.

Les chercheurs sont convaincus que leur séparation des gaz à base de poudre est efficace même pour les composants du pétrole brut. Dans les conditions de test, leur configuration nécessitait 76,8 KJ/s d’énergie pour séparer et stocker 1 000 L de gaz. Il s'agit d'une réduction de 90 pour cent de la quantité d'énergie actuellement dépensée pour la « distillation cryogénique », affirme le communiqué de presse.

Jusqu’à présent, l’équipe de recherche n’a tenté d’utiliser sa méthode que pour séparer quelques litres de gaz à la fois. Ils prévoient désormais de tester la technologie à grande échelle.

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Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue Materials Today.

Abstrait: Des mélanges d’hydrocarbures légers, d’oléfines et de gaz de paraffine sont produits lors du traitement du gaz naturel ou de la pétrochimie. L'industrie pétrochimique sépare les mélanges gazeux d'hydrocarbures en utilisant un processus de distillation cryogénique énergivore, qui représente 15 % de la consommation mondiale d'énergie [1]. Le développement d’un nouveau procédé de séparation économe en énergie est nécessaire pour réduire la consommation d’énergie. Dans cette recherche, nous développons un procédé de séparation mécanochimique vert et à faible énergie dans lequel des poudres de nitrure de bore (BN) ont été broyées à boulets à température ambiante dans l'atmosphère d'un mélange gazeux d'alcyne ou d'oléfine et de paraffine. Le BN adsorbe sélectivement une quantité beaucoup plus grande de gaz alcyne et oléfine par rapport aux gaz de paraffine, et ainsi le gaz de paraffine est purifié après le processus de broyage à boulets. Le gaz oléfinique adsorbé peut être récupéré du BN via un processus de chauffage à basse température. Le procédé mécanochimique produit des capacités d'absorption extrêmement élevées des gaz alcynes et oléfines dans le BN (708 cm3/g pour l'acétylène (C2H2) et 1048 cm3/g pour l'éthylène (C2H4)) respectivement. Au meilleur de nos connaissances, grâce au broyage à boulets, les nanofeuilles de BN ont atteint les capacités d'absorption les plus élevées pour les gaz alcynes/oléfines, supérieures à tous les autres matériaux signalés jusqu'à présent. L'analyse chimique révèle que de grandes quantités de gaz oléfiniques ont été adsorbées quasi chimiquement sur les nanofeuilles de BN formées in situ via la formation de liaisons C – N, alors qu'une petite quantité de gaz de paraffine a été physiquement adsorbée sur les nanoparticules de BN. Ce procédé mécanochimique évolutif présente un grand potentiel en tant que méthode de séparation industrielle et peut permettre de réaliser d'importantes économies d'énergie.