Qu’est-ce qu’un catalyseur au palladium ?
Un catalyseur au palladium est un composé contenant du palladium fabriqué pour un usage catalytique.
Le palladium (symbole de l’élément : Pd) est un élément du groupe du platine dont le numéro atomique est 46. Les catalyseurs au palladium sont donc des matériaux indispensables à la synthèse organique. Ils sont largement utilisés dans des domaines tels que la découverte de médicaments, la synthèse de produits naturels et la synthèse de polymères.
En particulier, les réactions de couplage croisé catalysées par le palladium, pour lesquelles le prix Nobel de chimie a été décerné en 2010, sont mondialement connues. Les réactions de couplage croisé sont des réactions dans lesquelles deux produits chimiques sont combinés de manière sélective. Il existe de nombreux types de catalyseurs au palladium. Ces derniers doivent être utilisés en fonction des matières premières et des réactions dans lesquelles ils sont utilisés.
Utilisations des catalyseurs au palladium
Le palladium est utilisé dans les catalyseurs, les matériaux dentaires, les composants électriques et électroniques et la joaillerie. Il peut adsorber 935 fois son propre volume d’hydrogène à l’intérieur, ce qui explique qu’il trouve également des applications dans les alliages de stockage de l’hydrogène.
Ces catalyseurs sont des composés à base de palladium fabriqués pour des applications catalytiques. Ils ne changent pas eux-mêmes avant ou après une réaction, mais ils modifient la vitesse de réaction des réactifs. Ils forment ainsi des intermédiaires de réaction avec les réactifs et la réaction se déroule par l’intermédiaire de ceux-ci.
Les catalyseurs au palladium sont souvent utilisés en synthèse organique. Ils servent notamment à synthétiser des composés cibles à l’aide de réactions de couplage croisé. Il s’agit d’un matériau important pour la synthèse pharmaceutique et la synthèse de produits naturels. Ces dernières années, il a trouvé une utilisation croissante dans les catalyseurs pour l’épuration des gaz d’échappement des moteurs automobiles.
Principe des catalyseurs au palladium
Les catalyseurs au palladium typiques comprennent le chlorure de palladium, l’acétate de palladium et les complexes de palladium avec des ligands phosphine, avec une réactivité différente selon le type. Ces catalyseurs sont largement utilisés dans la découverte de médicaments, la synthèse de produits naturels et celle de polymères.
Le palladium est également utilisé dans ces catalyseurs dans le secteur automobile. Un catalyseur ternaire est un dispositif capable d’éliminer les substances nocives telles que les hydrocarbures, le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote des gaz d’échappement des automobiles. Des métaux tels que le palladium, le platine et le rhodium sont alors utilisés.
Autres informations sur les catalyseurs au palladium
1. Utilisation de catalyseurs au palladium pour détoxifier les gaz d’échappement des automobiles
Les gaz d’échappement des automobiles contiennent des niveaux élevés de substances toxiques et dangereuses pour l’environnement, telles que les oxydes d’azote (Nox), le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC). Les catalyseurs transforment ces composants toxiques en dioxyde de carbone inoffensif, en eau, en azote et en oxygène par des réactions d’oxydation et de réduction. C’est le palladium qui est utilisé dans ces situations.
D’autres métaux précieux tels que le platine et le rhodium sont également utilisés comme catalyseurs. Le palladium fait l’objet d’une forte demande car il est principalement utilisé comme catalyseur au sein des véhicules à essence.
Les catalyseurs au palladium sont installés après le collecteur d’échappement, là où se concentrent les gaz d’échappement du moteur. Pour augmenter la surface de contact avec les gaz d’échappement, des catalyseurs au palladium de taille nanométrique sont dispersés uniformément dans une céramique à structure alvéolaire en forme de ruche.
Les inconvénients de ces catalyseurs dans l’utilisation de la détoxification des gaz d’échappement des automobiles sont qu’ils sont très coûteux et qu’ils nécessitent l’apport préalable de grandes quantités, ce qui réduit la surface de contact. La raison étant que le catalyseur se déplace et s’accumule sur la surface de la céramique lors de l’utilisation à haute température. Face à l’épuisement des ressources en palladium, des travaux de recherche et de développement sont en cours pour réduire l’utilisation de ces catalyseurs.
2. Le prix des catalyseurs au palladium
Le palladium utilisé dans ces catalyseurs est un métal rare et cher. La majeure partie de la demande de palladium est destinée aux catalyseurs pour véhicules à essence, de sorte que plus la demande de véhicules à essence est importante, plus le prix est élevé.
Ces dernières années, le prix du palladium a fortement augmenté. Cela est dû à un écart important entre l’offre et la demande, la production minière étant de 200 t/an contre une demande de 300 t/an. Les réglementations environnementales plus strictes de ces dernières années. La demande croissante de véhicules à essence en Chine et ailleurs, ainsi que la fraude sur le contrôle des émissions des moteurs diesel, ont également contribué à accélérer l’augmentation de la demande de véhicules à essence.
Le palladium est principalement produit en Russie et en Afrique du Sud, qui représentent la majorité de la production de palladium, respectivement 40,5 % et 37,5 %, selon les données de 2017. Le nombre limité de pays producteurs signifie que les pénuries d’approvisionnement dues à l’instabilité politique et à d’autres facteurs ont eu un impact significatif. La récente forte baisse de la production en Russie a également provoqué une flambée des prix.