Synthèse directe d'hydrocarbures supérieurs par plasma-catalyse à partir de gaz de synthèse et de mélanges CH4-CO2

par Di Li

Projet de thèse en Energétique et génie des procédés

Sous la direction de Laurent Fulcheri et de Vandad Rohani.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Energétique et Procédés (laboratoire) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Contexte et enjeux Dans le contexte actuel d'épuisement progressif des ressources fossiles et du réchauffement climatique, la recherche d'une voie de production de carburants de synthèse à partir de CO2 présente un grand intérêt. Le CO2, principal gaz à effet de serre et produit final de la combustion des hydrocarbures, est une molécule extrêmement stable sur le plan thermodynamique et par conséquent relativement réfractaire à la transformation chimique. Trouver un moyen de la reconvertir avec un coût énergétique modéré en hydrocarbure(s) par une voie physico-chimique maitrisée constitue un véritable challenge scientifique et technologique. Y parvenir permettrait d'ouvrir la voie à la production de carburants renouvelables à faible empreinte carbone. Objectifs scientifiques Le CO2 est une molécule extrêmement stable réfractaire à la transformation chimique. Cette thèse explorera une voie de conversion originale non étudiée à ce jour, basée sur la combinaison entre un plasma pulsé haute pression fortement hors-équilibre et une catalyse hétérogène minérale au sein d'un microréacteur. Le maintien et la stabilité d'un plasma pulsé hors-équilibre dans ces conditions difficiles ainsi que le couplage approprié avec des catalyseurs pour la conversion du CO2 seront des avancées scientifiques et technologiques majeures dont les retombées scientifiques seront très importantes. Approche – Méthodes La thèse sera menée à la fois sur les plans théorique et expérimental. A partir d'expériences de conversion du CO2 effectuées dans diverses conditions opératoires sur un microréacteur à concevoir sur la base de réacteurs plasma préexistants, un modèle chimique de la conversion du CO2 dans ce type de réacteurs sera bâti et validé. Résultats attendus Démonstration de la faisabilité de conversion du CO2 au sein d'un mélange réactif, en hydrocarbures de synthèse. Développement d'un microréacteur prototype. Elaboration d'un modèle chimique de la conversion du CO2 dans un réacteur couplant plasma et catalyse.

  • Titre traduit

    Direct synthesis of long-chain hydrocarbons by plasma-catalysis from syngas and CH4-CO2 mixtures


  • Résumé

    Context and challenges In the perspective of a next expected large scale deployment of Renewable Energy for electricity production, plasma processes could open the way towards new breakthrough environmental friendly processes likely to answer tomorrow's challenges by replacing a number of combustion based processes and converting electricity into valuable chemicals. Indeed, plasma can favorably act as a robust tunable enthalpy source without direct CO2 emissions as well a radical, excited or ionized species source, able to significantly improve the reactivity of number of chemical reactions. In particular, the use of carbon dioxide as reactant for synfuels production becomes a real source of interest. Whether it is for transport sector or for energy storage in the grids, fuels are and will remain indispensable energy vectors. To produce them from CO2 with moderate energy consumption would pave the way towards sustainable low (even zero) carbon-footprint synfuels. Scientific objectives The conversion of CO2 into higher value molecules is not easy to do because CO2 which is the end-product of combustion of any organic matter, is extremely stable thermodynamically. The objective of the thesis is to explore a new route for CO2 conversion based on the combination of high pressure pulsed non equilibrium plasma and heterogeneous catalysis in micro-reactor configuration. Methodology The thesis will be carried out in parallel on theoretical and experimental sides. On experimental side, a plasma/catalysis millireactor will be designed and built. Expected results Demonstration of the feasibility of CO2 conversion Development of a prototype Understanding of physical/chemical mechanisms involved in CO2 conversion in plasma/catalysis processes and development of basic knowledge.