Un nouveau catalyseur efficace apporte de l’espoir pour une énergie plus propre, le traitement des eaux usées et la chimie verte

Un catalyseur qui améliore considérablement la conversion de l’ammoniac pourrait améliorer le traitement des eaux usées, la production de produits chimiques verts et d’hydrogène.

Une équipe de scientifiques a développé un catalyseur efficace doté d’une capacité remarquable à améliorer l’efficacité de la conversion de l’ammoniac. Publié dans Matériaux énergétiques avancésl’étude révèle le potentiel du catalyseur pour faire progresser considérablement le traitement des eaux usées, les nitrites et nitrates verts, ainsi que la production d’hydrogène.

Les catalyseurs sont des substances qui accélèrent les réactions chimiques en fournissant une voie plus efficace pour qu’une réaction se produise et en facilitant son démarrage et sa fin. Étant donné que les catalyseurs ne sont ni consommés ni altérés au cours de la réaction, ils peuvent être utilisés à plusieurs reprises et sont essentiels dans de nombreux processus industriels, environnementaux et biochimiques.

L’équipe, qui comprenait des chercheurs de l’Université japonaise d’Hokkaido, de l’Université de technologie de Sydney en Australie et d’ailleurs, a développé le catalyseur, appelé NiOOH-Ni, en combinant du nickel (Ni) avec de l’oxyhydroxyde de nickel.

L’ammoniac peut provoquer de graves problèmes environnementaux, comme une croissance excessive d’algues dans les plans d’eau, ce qui épuise l’oxygène et nuit à la vie aquatique. À des concentrations élevées, l’ammoniac peut nuire aux humains et à la faune. Une gestion et une conversion efficaces de l’ammoniac sont donc essentielles, mais sa nature corrosive le rend difficile à manipuler.

Les chercheurs ont développé le NiOOH-Ni à l’aide d’un procédé électrochimique. La mousse de nickel, un matériau poreux, a été traitée par un courant électrique tout en étant immergée dans une solution chimique.

Ce traitement a entraîné la formation de particules d’oxyhydroxyde de nickel à la surface de la mousse. Malgré leur structure irrégulière et non cristalline, ces particules de nickel-oxygène améliorent considérablement l’efficacité de conversion de l’ammoniac.

La conception du catalyseur lui permet de fonctionner efficacement à des tensions plus faibles et des courants plus élevés que les catalyseurs traditionnels.

« Le NiOOH-Ni fonctionne mieux que la mousse de Ni, et la réaction dépend de la quantité d’électricité (tension) utilisée », explique le professeur Zhenguo Huang de l’Université de technologie de Sydney, qui a dirigé l’étude. « À des tensions plus faibles, le NiOOH-Ni produit du nitrite, tandis qu’à des tensions plus élevées, il génère du nitrate. »

Le catalyseur peut ainsi être utilisé de différentes manières en fonction des besoins. Il peut par exemple être utilisé pour nettoyer les eaux usées en transformant l’ammoniac en substances moins nocives. Mais dans un autre procédé, il peut également être utilisé pour produire de l’hydrogène gazeux, un carburant propre. Cette flexibilité rend le NiOOH-Ni précieux pour diverses applications.

« Le NiOOH-Ni est incroyablement durable et stable, et il fonctionne bien même après avoir été utilisé plusieurs fois », explique le professeur associé Andrey Lyalin de l’université d’Hokkaido, qui a participé à l’étude. « Cela en fait une excellente alternative aux catalyseurs traditionnels plus coûteux comme le platine, qui ne sont pas aussi efficaces pour convertir l’ammoniac. »

La fiabilité à long terme du catalyseur le rend adapté à une utilisation industrielle à grande échelle, transformant potentiellement la façon dont les industries gèrent les eaux usées et produisent de l’énergie propre.