Conversion du glucose sur des électrocatalyseurs à base de Ni – GluCoNiC

Les sucres dérivés de la biomasse lignocellulosique (comme le glucose) sont une source de matière première renouvelable et presque inépuisable pour des procédés durables en chimie fine. L'acide gluconique et le sorbitol font partie des 30 premiers produits chimiques à valeur ajoutée issus de la biomasse. Actuellement, la conversion du glucose en sorbitol et en acide gluconique est effectuée par voie biotechnologique ou par catalyse hétérogène. La conversion électrochimique, avec sa faible empreinte environnementale, son efficacité énergétique élevée et la possibilité de contrôler la sélectivité et la conversion, est parfaitement compatible avec la transformation de la biomasse compte tenu de sa composition (carbohydrates) et de sa forte teneur en eau. De plus, elle devient très attractive avec le développement de sources d’électricité renouvelables. L'objectif de ce projet est de développer un réacteur électrocatalytique à flux, n’utilisant pas métaux du groupe du platine, et permettant la production simultanée d'acide gluconique à l'anode et de sorbitol à la cathode. Pour celà, nous synthétiserons des nanomatériaux mono- et bimétalliques à base de Ni, et les étudierons systématiquement dans des conditions bien définies dans une cellule électrochimique en milieu alcalin. Le contrôle de l'état de surface du Ni et sa combinaison avec d'autres métaux permettront d’ajuster l'activité électrocatalytique du Ni pour la réaction d'oxydation et de réduction du glucose. Les études par des méthodes électrochimiques, spectroscopiques et analytiques in situ combinées à la modélisation cinétique nous permettront de déterminer la vitesse et la sélectivité des réactions électrochimiques en fonction du potentiel de l'électrode, de la concentration en glucose, du pH et de la température, et de proposer des mécanismes de réaction. La stabilité des catalyseurs vis-à-vis de la dégradation sera étudiée par microscopie électronique à transmission en localisation identique et par spectrométrie de masse à plasma inductif en ligne afin d’étudier la dégradation de la texture, la dissolution des métaux et le détachement des nanoparticules. Ces études permettront de concevoir des catalyseurs actifs et stables à base de Ni et de définir des modes de fonctionnement garantissant une durabilité, une sélectivité et un rendement énergétique élevés. Enfin, un réacteur électrochimique à flux continu comprenant des électrodes à base de mousse/feutre de Ni, pertinentes pour l’industrie, sera développé, permettant la production simultanée, sélective et efficace en énergie, d'acide gluconique à l'anode et de sorbitol à la cathode. Ce projet contribue à la mise en œuvre de la stratégie nationale française pour la bioéconomie validée en 2017. Notre ambition est de permettre à la France de passer d'une économie basée sur les combustibles fossiles à une économie basée sur des ressources renouvelables. Il contribue au développement de moyens économiques et énergétiques efficaces pour la transformation et le raffinage du glucose issu de la biomasse lignocellulosique (non comestible agricole, forestière ou marine) en produits chimiques à haute valeur ajoutée. Par rapport aux technologies existantes, un tel procédé électrochimique aura un faible impact environnemental, contribuera à asseoir le leadership français dans la prochaine génération de technologies électrochimiques de synthèse organique propre, et contribuera à la lutte contre le réchauffement climatique.