Comment arrêter la Corrosion Cathodique des Électrodes en acier en Synthèse Électro Organique
La durabilité est une préoccupation cruciale dans le service et le marché de nos jours. De nombreuses entreprises reconnaissent la demande de trouver les meilleures options climatiquement neutres possibles pour la fabrication de leurs produits et de réduire leur impact sur les contaminants. Cela indique qu’ils cherchent à créer des choix qui n’appellent pas à utiliser des ressources fossiles. Un excellent potentiel à cet égard est observé dans l’électrosynthèse, une procédure qui implique l’amélioration des substances chimiques dans une cellule d’électrolyse utilisant l’énergie électrique.
Une équipe de chercheurs dirigée par l’enseignant Siegfried Waldvogel, porte-parole du SusInnoScience Top-Level Study Area à l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU), a montré que : par exemple, il est possible d’utiliser cette stratégie pour extraire la substance aromatique vanilline de déchets de bois. Une application particulièrement encourageante de l’électrosynthèse serait son utilisation pour la fabrication de précurseurs de plastiques. L’électrosynthèse ne serait pas seulement plus efficace que les techniques classiques ; cependant, il ne nécessiterait pas de sources fossiles. Néanmoins, il existe un hic considérable et principalement oublié : tout au long de l’électrosynthèse, une procédure appelée rouille cathodique se produit. L’équipe de Waldvogel a décidé d’explorer cette préoccupation beaucoup plus en profondeur en examinant d’abord la littérature sur le sujet.
L’équipe d’étude a examiné les postes de gestion de la corrosion cathodique apparus au cours des 130 dernières années, dont une trentaine de documents qu’ils ont générés. « Notre groupe, ainsi qu’une équipe chinoise, sont les seuls à avoir les compétences nécessaires pour réaliser un tel témoignage littéraire », a souligné Waldvogel.
Selon Waldvogel, les chercheurs sont conscients du problème de la corrosion cathodique depuis plus de 200 ans, mais aucun moyen de l’empêcher n’a encore été découvert. Alors que l’oxydation de l’électrode favorable, l’anode, tout au long de l’électrolyse, a été largement examinée, il existe encore de nombreuses préoccupations sans réponse concernant la réduction au niveau de l’électrode négative, la cathode. “Il est nécessaire d’utiliser des matériaux pour les électrodes qui ont un potentiel de surtension élevé en ce qui concerne l’hydrogène, donc à cause de cela, des métaux lourds nocifs, tels que le plomb et l’étain, sont utilisés”, a déclaré Waldvogel.
« Néanmoins, la cathode se liquéfie ou se corrode progressivement, ainsi que libère ces aciers toxiques ». Cela peut entraîner une contamination des produits chimiques synthétisés, ce qui est, en effet, un impact indésirable. « Si nous pouvions arrêter cette rouille, nous aurions certainement éliminé l’un des obstacles majeurs lors de la conduite à l’électrification des procédés de production », a-t-il ajouté. La pharmacie s’occupe actuellement de deux projets créés pour découvrir une option au problème. La tâche « Méthodes pour se débarrasser des limitations contemporaines des conversions électrosynthétiques réductrices en milieu aqueux » vient d’être lancée ce mois-ci. La structure de recherche allemande la finance (DFG) et la National Science Structure des États-Unis à hauteur d’environ 1 million d’euros.
L’accent est mis ici sur une application fonctionnelle. Travaillant en collaboration avec une équipe de l’Iowa State University, le but est de créer une méthode de production de précurseurs pour les plastiques à partir de déchets agricoles – ainsi que ces produits doivent être synthétisés à la cathode. “En supposant que nous réussissions, nous pourrons à l’avenir, utiliser les déchets pour fabriquer des intermédiaires chimiques, ce qui entraînera une amélioration durable de la valeur”, a déclaré Waldvogel. Selon le groupe du Mainz College, ils réfléchiront certainement surtout aux nombreuses méthodes par lesquelles les sels peuvent recouvrir les électrodes tandis que leurs homologues américains se concentreront sur l’utilisation d’alliages avec lesquels on espère prévenir la rouille cathodique.
Car très début 2021, les chercheurs des deux JGU Top-Level Study Areas SusInnoScience et M 3 ODEL ont collaboré avec le projet ECHELON, pour lequel la structure Carl Zeiss apporte un financement d’environ 2 millions d’euros. « L’objectif est d’acquérir une meilleure compréhension de la théorie sous-jacente des procédures qui se déroulent lors de l’électrolyse. Pour cet objectif, nous combinons des aspects des deux domaines essentiels de la chimie quantique et également de la modélisation multi-échelle », a déclaré Waldvogel. “La chimie quantique nous permet de calculer les réactions en chaîne à la cathode, tandis que la modélisation multi-échelle nous permet en théorie de cartographier l’activité ainsi que la concentration des ions dans le fluide bordant la cathode”, a-t-il conclu.
Référence: Tom Wirtanen et al, Cathodic Corrosion of Metal Electrodes—How to Prevent It in Electroorganic Synthesis, Chemical Reviews (2021). DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00148
