Des chercheurs japonais de l’Université de Kyushu ont mis au point une nouvelle technologie qui combine un catalyseur et une réaction de flux par micro-ondes pour convertir efficacement les polysaccharides complexes en monosaccharides simples. Leur procédé repose sur un processus d’hydrolyse en flux continu, où le cellobiose, un disaccharide composé de deux molécules de glucose, traverse un catalyseur de carbone sulfoné chauffé par micro-ondes. Il s'en suit une réaction chimique qui décompose le cellobiose en glucose. Les polysaccharides de la biomasse, ces sucres complexes à chaînes longues omniprésents dans la nature, sont considérés comme des substances prometteuses pour une conversion efficace. Ils peuvent être transformés en sucres simples, essentiels pour de nombreuses utilisations industrielles.
L’hydrolyse est considérée comme une réaction chimique efficace pour convertir les sucres à chaînes longues en sucres simples, souvent assistée par des catalyseurs acides. Bien que plusieurs catalyseurs acides soient disponibles sous forme gazeuse ou liquide, les catalyseurs acides solides, qui sont des acides sous forme solide, offrent l’avantage d’être recyclables, attirant ainsi l’attention des chercheurs. Le professeur Shuntaro Tsubaki de la Faculté d’Agriculture de l’Université de Kyushu et son équipe ont examiné l’application des réactions de flux par micro-ondes pour chauffer les catalyseurs solides pendant le processus de réaction. « Les micro-ondes créent un champ de réaction à haute température localisé sur le catalyseur solide, ce qui peut augmenter l’activité catalytique tout en maintenant le système de réaction global à une température plus basse », souligne le Professeur Tsubaki.
Ce procédé utilise un catalyseur acide solide composé de carbone sulfoné. Le cellobiose, employé comme substrat modèle, passe à travers le catalyseur chauffé par micro-ondes à des températures allant de 100 à 140°C. Le catalyseur, à travers l’hydrolyse, décompose le cellobiose en glucose. Une clé de l’efficacité de leur système réside dans la séparation des champs électrique et magnétique des micro-ondes. « Les micro-ondes génèrent des champs électriques et magnétiques. Le champ électrique provoque le chauffage des matériaux dipolaires comme l’eau. Le champ magnétique, quant à lui, induit le chauffage des matériaux conducteurs comme les métaux et le carbone », précise le Professeur Tsubaki. L'ingéniosité du système tient au fait que l’activité catalytique est augmentée, en séparant les deux champs, utilisant le champ électrique pour chauffer la solution de cellobiose et le champ magnétique pour chauffer le catalyseur.
L'utilisation des micro-ondes pour accélérer les réactions catalytiques trouve de plus en plus d'applications dans diverses réactions chimiques, dont la synthèse organique, le recyclage des plastiques et la conversion de la biomasse. Ces scientifiques espèrent que leur percée technologique contribuera au développement de la production chimique massive et décarbonée d'électricité.
Kyushu University : https://www.kyushu-u.ac.jp/en/researches/view/321
