Les chimistes du MIT ont mis au point un moyen écologique de générer du phosphore blanc, un intermédiaire essentiel dans la fabrication de produits tels que les herbicides, les batteries lithium-ion et même les boissons non alcoolisées.
Dans un article publié dans la revue ACS Central Science , les chercheurs notent que leur approche, qui utilise l’électricité pour accélérer une réaction chimique clé, pourrait réduire de moitié, voire plus, les émissions de carbone du processus de conversion du phosphate en phosphore blanc.Les auteurs principaux Jonathan “Jo” Melville et Andrew Licini ont déclaré dans un communiqué de presse que lorsque le phosphore est extrait du sol, il se présente sous la forme de phosphate, un minéral dont l’unité de base comprend un atome de phosphore lié à quatre atomes d’oxygène. Environ 95% de ce minerai de phosphate est utilisé pour fabriquer des engrais. Le minerai de phosphate restant est transformé séparément en phosphore blanc, une molécule composée de quatre atomes de phosphore liés les uns aux autres.
La conversion de ces phosphates extraits en phosphore blanc représente une fraction substantielle de l’empreinte carbone de l’ensemble de l’industrie du phosphore. La partie la plus énergivore du processus consiste à rompre les liaisons entre le phosphore et l’oxygène, qui sont très stables.
En utilisant le « procédé thermique » traditionnel, ces liens sont rompus en chauffant le coke de carbone et la roche phosphatée à une température de 1 500 degrés Celsius. Dans ce processus, le carbone sert à éliminer les atomes d’oxygène du phosphore, conduisant à la génération éventuelle de CO2 en tant que sous-produit. De plus, le maintien de ces températures nécessite beaucoup d’énergie, ce qui s’ajoute à l’empreinte carbone de la méthode.
« Ce processus n’a pas beaucoup changé depuis sa création il y a plus d’un siècle. Notre objectif était de comprendre comment nous pourrions développer un processus qui réduirait considérablement l’empreinte carbone de ce processus », a déclaré Yogesh Surendranath, auteur principal de l’étude. “L’idée était de le combiner avec de l’électricité renouvelable et de conduire cette conversion du phosphate en phosphore blanc avec des électrons plutôt que d’utiliser du carbone.”
Pour ce faire, les chercheurs ont dû trouver un moyen alternatif d’affaiblir les fortes liaisons phosphore-oxygène présentes dans les phosphates. Ils y sont parvenus en contrôlant l’environnement dans lequel la réaction se produit. Les chercheurs ont découvert que la réaction pouvait être favorisée en utilisant une forme déshydratée d’acide phosphorique, qui contient de longues chaînes de sels de phosphate maintenus ensemble par des liaisons appelées anhydrides de phosphoryle. Ces liaisons contribuent à affaiblir les liaisons phosphore-oxygène.
Normalement, lorsqu’ils font passer un courant électrique à travers ces sels, les électrons rompent les liaisons affaiblies, permettant aux atomes de phosphore de se libérer et de se lier les uns aux autres pour former du phosphore blanc. Aux températures nécessaires pour ce système (environ 800 C), le phosphore existe sous forme de gaz, il peut donc barboter hors de la solution et être collecté dans une chambre externe.
L’électrode que les chercheurs ont utilisée pour cette démonstration repose sur le carbone comme source d’électrons, de sorte que le processus génère du dioxyde de carbone comme sous-produit. Cependant, ils travaillent actuellement à remplacer cette électrode par une autre qui utiliserait le phosphate lui-même comme source d’électrons, ce qui réduirait encore l’empreinte carbone en séparant proprement le phosphate en phosphore et en oxygène.
Avec le processus décrit dans cet article, les chercheurs ont réduit d’environ 50 % l’empreinte carbone globale de la génération de phosphore blanc. Avec de futures modifications, ils espèrent ramener les émissions de carbone à près de zéro, en partie en utilisant des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne pour conduire le courant électrique nécessaire.
Source : mining.com
