Une percée rend soudainement facile la division et le stockage d'un gaz

15 juillet 2022

Ellen Phiddian est journaliste scientifique chez Cosmos. Elle est titulaire d'un BSc (avec distinction) en chimie et communication scientifique, ainsi que d'une maîtrise en communication scientifique, tous deux obtenus à l'Université nationale australienne.

Quiconque a déjà attaché un ballon sait à quel point il est difficile de stocker du gaz. Cela demande beaucoup plus d’énergie et d’efforts pour être réalisé à grande échelle, ce qui contrarie sérieusement de nombreuses personnes dans le secteur de l’énergie. L’avènement de l’hydrogène et du captage du carbone ne fera que rendre ce problème encore plus important.

La séparation des mélanges gazeux est encore plus délicate, comme les différents gaz à base de carbone émis par l’extraction et le raffinage des combustibles fossiles. Pour séparer et stocker, l’industrie s’appuie généralement sur le refroidissement des gaz jusqu’à ce qu’ils deviennent liquides, ce qui est un processus gourmand en énergie et en ressources.

Mais une avancée majeure réalisée par des chercheurs australiens pourrait changer la donne. Leur méthode fonctionne à température et pression ambiantes et ne nécessite qu’un peu de nitrure de bore et quelques roulements à billes.

Jusqu’à présent, les chercheurs ont montré qu’il peut séparer différents types de gaz d’hydrocarbures, comme le méthane et l’acétylène, qu’il peut ensuite stocker de manière propre et efficace. Cela pourrait également fonctionner pour l’hydrogène, ou éventuellement le dioxyde de carbone.

La technique utilise un composé appelé nitrure de bore, qui est composé (sans surprise) de bore et d’azote. La poudre de nitrure de bore est introduite dans un broyeur à boulets – un broyeur rotatif – avec le ou les gaz d'intérêt.

"Lorsque nous avons mis ces hydrocarbures pour la première fois dans le nitrure de bore, le gaz a complètement disparu", explique le Dr Srikanth Mateti, chercheur à l'Institut des matériaux frontières de l'Université Deakin.

Le résultat était si inhabituel que Mateti et ses collègues ont dû le répéter plusieurs fois avant d'être convaincus que ce n'était pas une erreur.

«Ensuite, nous avons réessayé 20, 30 fois. Pourquoi cela se produisait-il ? Était-ce l'expérience, ou une fuite de gaz, n'était-elle pas bien scellée ? Nous avons peaufiné chaque paramètre, et le comportement est toujours le même. »

Les chercheurs ont réalisé que leur nitrure de bore pouvait extrêmement bien se lier à certains gaz. Les gaz auxquels il se lie appartiennent à des classes de composés appelés « oléfines » et « alcynes » – l’acétylène, un carburant courant, est un type d’alcyne.

Ils ont pu trouver une raison chimique à cela.

"La configuration électronique de l'azote et celle de certaines molécules de gaz correspondent", explique Mateti.

La combinaison du nitrure de bore et du broyeur à boulets crée une réaction mécanochimique qui absorbe les gaz oléfiniques et alcynes dans la poudre. Mais il ignore les autres gaz, comme le méthane.

Cela signifie qu’un mélange de méthane et d’acétylène, chimiquement très similaires, peut être facilement séparé. Cela signifie également que l’acétylène pourrait être transporté en toute sécurité d’un endroit à l’autre sous forme de poudre.

Lorsque la poudre est chauffée sous vide, elle libère à nouveau du gaz.

La poudre de nitrure de bore est réutilisable. L’ensemble du processus est très économe en énergie, puisqu’il ne consomme qu’environ 80 kilojoules par seconde pour stocker 1 000 litres de gaz.

Bien que les chercheurs aient démontré que cela fonctionne pour l'acétylène et l'éthylène, ils sont convaincus que cela pourrait être adapté pour stocker d'autres gaz, comme l'hydrogène ou le dioxyde de carbone.

«Nous y travaillons», déclare Mateti.

Il affirme que le système fonctionnerait également pour séparer et éliminer les impuretés de carbone de l’hydrogène avant de l’utiliser dans les piles à combustible. « Si l’hydrogène n’est pas pur, il détruira la pile à combustible. Vous devez donc disposer d’une sorte de système de purification. Vous pouvez utiliser le nôtre.

Les chercheurs ont pu séparer facilement quelques litres de gaz dans leur laboratoire. Parce qu’il utilise une méthode industrielle commune, ce processus devrait être facile à mettre à l’échelle.

« Nous devons simplement optimiser certains paramètres – les recettes de cuisine », explique Mateti. "Comme le contenu des gaz, la quantité de matériau dont vous avez besoin, la quantité de broyage à billes."

Ils ont déposé une demande de brevet provisoire pour le procédé et envisagent de le piloter à l'échelle industrielle.

Un article décrivant leur découverte est publié dans Materials Today.