Electrohydrogénation du CO2 entre 400°C et 600°C

Study of carbon dioxide electrohydrogenation between 400°C and 600°C

• Auteur / Autrice : Abdelkader Sirat
• Direction : Gérald Pourcelly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 19/12/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérald Pourcelly, Théo Tzedakis, Philippe Vernoux, Olivier Lacroix, Michaël Guillodo, José G. Sanchez Marcano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Théo Tzedakis, Philippe Vernoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Conservation

Électrolyseurs

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Electrochimie

Dioxyde de carbone

Conversion électrochimique

Stockage de l'énergie

Electrochemistry

Carbon dioxide

Electrochemistry conversion

Energy storage

Résumé

Le stockage de l'énergie et la valorisation du CO2 sont des enjeux d'avenir. A ce jour, l'électricité est une ressource non stockable massivement. Un stockage sous forme chimique peut être une réponse à ce défi et être d'autant plus intéressant si le procédé consomme du CO2. La conversion du CO2 dans un électrolyseur à conduction protonique PCEC (Proton Ceramic Electrolysis Cell) fonctionnant à moyenne température (entre 400 et 600°C) en composés organiques valorisables, tels que le méthane ou le méthanol, permettrait de réaliser un stockage de l'énergie électrique sous forme d'énergie chimique. Cette conversion est appelée électrohydrogénation du CO2. L'électrolyseur, utilisé comme un outil de conversion, génère des protons qui, par réaction à la cathode avec le CO2, forment d'autres composés.Dans ce procédé, les paramètres expérimentaux tels que la température, la pression, les débits de gaz et la puissance (U et I) appliquées à l'assemblage électrodes/électrolyte influencent considérablement la nature des produits formés et leurs proportions. Plus particulièrement, de faibles débits de CO2 favorisent la formation de composés à bas point d'ébullition de type alcools, qui restent cependant très minoritaires par rapport à la formation de CO.Une réaction de co-électrolyse a pu être identifiée en raison de la présence de lacunes d'oxygène dans la structure perovkite constituant l'électrolyte.

The electrical energy storage is one of the main challenges of the century. The conversion of electrical energy into chemical energy is one of the several possibilities to store electrical energy. As CO2 is the most important gas responsible of greenhouse effect, the compilation of electrical energy storage and CO2 utilization in a process could be of particular interest. In the so-called electrohydrogenation process of CO2, a PCEC (Proton conductor electrolysis Cells) functioning at medium temperature (400°C and 600°C) is used to convert CO2 into organic compounds, like CH4 or CH3OH, to assess electrical energy transformation into chemical energy. The electrolyzer is a conversion tool which creates hydrogen protons that will react with CO2 at the cathode of the electrolyte/electrodes assembly.In this process, experimental parameters like the temperature, the pressure, the CO2 flow, and the power (U and I) applied at the assembly influence the nature and ratio of the different chemical products formed. Mainly, a low CO2 flow will promote the synthesis of products with a low melting point (alcools) even if these compounds are minor relative to CO formation.A co-electrolysis side reaction, caused by the oxygen vacancies in the perovkite (electrolyte), has been identified.