Une équipe de recherche affiliée à l'UNIST a développé une nouvelle technologie capable de décomposer près de 100 % de l'oxyde nitreux (N₂O) à température ambiante. Cette solution innovante utilise les impacts mécaniques et la friction pour créer un moyen hautement économe en énergie de gérer les émissions d'oxyde d'azote provenant des gaz d'échappement des moteurs et des processus chimiques, apportant ainsi une contribution significative aux efforts de réduction des gaz à effet de serre et de neutralité carbone.
Le professeur Jong-Beom Baek et son équipe de recherche de l'École de génie énergétique et chimique de l'UNIST ont publié leurs recherches dans Matériaux avancés.
Le N₂O, un gaz couramment émis par la fabrication de produits chimiques et les gaz d'échappement des moteurs, possède un potentiel de réchauffement planétaire (PRP) environ 310 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone et accélère l'appauvrissement de la couche d'ozone. En raison de sa stabilité chimique, les méthodes catalytiques thermiques conventionnelles nécessitent des températures élevées dépassant 445 °C pour obtenir une décomposition significative, ce qui entraîne une consommation d'énergie importante.
L’équipe de recherche a utilisé un récipient de réaction (broyeur à boulets) contenant des billes de taille millimétrique, ainsi qu’un catalyseur à base d’oxyde de nickel (NiO) et d’oxyde d’azote gazeux. En agitant cette configuration, l’équipe a induit des collisions et des frottements à haute énergie entre les billes, conduisant à la formation de défauts denses et d’états ultra-oxydés à la surface du catalyseur NiO. Ces conditions permettent une décomposition rapide et à basse température du N₂O, ce qui était auparavant impossible à réaliser avec les catalyseurs thermiques traditionnels.
Les résultats expérimentaux ont démontré que ce processus pouvait décomposer près de 100 % du N₂O à seulement 42 °C, atteignant un rendement de conversion de 99,98 % et un taux de décomposition horaire de 1 761 ml. Cela représente une efficacité énergétique plus de six fois supérieure à celle des méthodes thermocatalytiques conventionnelles, qui fonctionnent à 445 °C avec un taux de conversion de 49,16 % et un débit de 294,9 ml/h.
L'équipe a également validé l'applicabilité de la technologie dans des scénarios réels. Lors de tests simulant les émissions des moteurs diesel des véhicules, le processus a permis d'éliminer 95 à 100 % du N₂O. De plus, dans les installations de traitement continu conçues pour imiter les installations de traitement de gaz à grande échelle, un taux de conversion impressionnant d'environ 97,6 % a été maintenu. La technologie s’est révélée stable même en présence d’oxygène et d’humidité, typiques des gaz d’échappement réels.
Les analyses économiques indiquent que cette méthode mécanochimique est plus de huit fois plus rentable que les procédés catalytiques thermiques existants.
Le professeur Baek a déclaré : « Avec la mise en œuvre prochaine par l'Union européenne (UE) des normes d'émission Euro 7, qui incluent une réglementation plus stricte de l'oxyde nitreux, l'importance des technologies d'élimination efficaces a considérablement augmenté. Cette innovation peut lutter efficacement contre les émissions de N₂O provenant des gaz d'échappement des moteurs diesel, des processus de production d'acide nitrique et d'acide adipique et des moteurs de navires alimentés à l'ammoniac, soutenant ainsi les efforts de neutralité carbone et de réduction des gaz à effet de serre.
