Un chimiste de RUDN University a trouvé un moyen de rendre la production de biocarburant 4 à 10 fois plus efficace en utilisant une matrice de silicium et des hétéropolyacides

L’une des principales directions du traitement des biomatériaux est la création de biocarburant. Dans la plupart des cas, la lignocellulose est utilisée comme matière première primaire, déchets secs provenant de l’agriculture, de la sylviculture et de l’industrie papetière. L’un des constituants de la lignocellulose est l’oxyméthylfurfural (HMF). Des esters en sont obtenus, qui peuvent être utilisés comme carburant respectueux de l’environnement. Le chimiste de RUDN University a créé un échafaudage moléculaire, ou xérogel, basé sur les hétéropolyacides de Preissler, qui augmentent l’efficacité d’obtention d’esters à partir de HMF de 4 à 10 fois.

"Le HMF est une petite molécule à forte demande industrielle. L’estérification (production d’esters) du HMF est un domaine de recherche important, car ces esters sont utilisés comme carburant et précurseurs de molécules complexes. Nous avons essayé d’optimiser l’estérification du HMF en utilisant un xérogel de silicium contenant des hétéropolyacides", Rafael Luke, PhD, Directeur du Centre de Recherche "Conception Moléculaire et Synthèse de Composés Innovants pour la Médecine", RUDN University.

Les esters de HMF sont fabriqués en interagissant avec des alcools .Les chercheurs ont utilisé du butanol. Le catalyseur est généralement ce que l’on appelle les acides Preisler. Ils peuvent catalyser eux-mêmes la réaction, mais les chimistes de RUDN University ont trouvé un moyen d’augmenter leur activité. Pour ce faire, les chercheurs ont créé un xérogel à partir de dioxyde de silicium et y ont appliqué des acides de Preisler. Les molécules d’acide ont été distribuées sur la charpente moléculaire du xérogel et, de ce fait, la surface de contact du catalyseur et du HMF a augmenté. En conséquence, le xérogel de silicium a augmenté la conversion de la réaction. La quantité de HMF qui réagit et la sélectivité de la réaction, c’est-à-dire la quantité d’éther qui est produite.

Expérimentalement, les chimistes ont déterminé les paramètres de réaction optimaux dont une température de 100 ? et un rapport de HMF au butanol 1: 3. Dans ces conditions, la conversion atteint 89% et la sélectivité 73%. A titre de comparaison, les acides Preisler “purs” donnent une sélectivité de 8% à 23%. Ainsi, grâce au complexe catalytique, il faut plusieurs fois moins de produit de départ pour obtenir la même quantité d’éther. Cela aidera à réduire les coûts énergétiques et les coûts de production. De plus, après utilisation, le xérogel peut être lavé avec de l’alcool éthylique et réutilisé et ainsi de suite jusqu’à 5 fois. Dans ce cas, la conversion et la sélectivité pour 5 cycles d’utilisation sont réduites à seulement 50% et 60%, respectivement.

"Les paramètres optimaux calculés peuvent être utilisés pour d’autres réactions similaires dans lesquelles le HMF réagit avec d’autres alcools. Ainsi, il est possible d’obtenir des éthers de structures variées, qui sont utilisés comme carburant et comme produits de départ pour des molécules complexes", Rafael Luke, PhD, Chef du Centre de Recherche "Conception Moléculaire et Synthèse de Composés Innovants pour la Médecine", RUDN University.