Recyclage et valorisation du CO2 pour la production de combustibles de synthèse

Objectifs scientifiques


L’objectif principal concerne le développement de procédés pour la production de combustibles synthétiques par voie thermochimique solaire sans émission de gaz à effet de serre. Les différents carburants solaires visés sont l’hydrogène, le gaz de synthèse (avec H2et CO comme constituants principaux), et les combustibles dérivés (méthanol, DME, ou autres carburants liquides synthétiques). L'hydrogène est un vecteur énergétique qui permet le stockage à long terme et le transport de l'énergie solaire, en vue de son utilisation en combustion directe ou dans une pile à combustible. Les différentes voies de production envisagées sont illustrées sur la Figure 1. La production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire peut être réalisée à partir de deux catégories de précurseurs : les ressources hydrocarbonées (gaz naturel, charbon, biomasse…) et l’eau.

Par ailleurs, des procédés solaires permettant la valorisation des émissions de CO2issues par exemple des procédés industriels sont également développés. L’objectif de cette valorisation est la conversion du CO2en combustible de synthèse grâce à l’énergie solaire.

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Figure 1 : Filières de production d’hydrogène par voie solaire

Recyclage et valorisation du CO2 pour la production de combustibles de synthèse

Afin de réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère, une solution communément proposée aujourd’hui est la capture et la séquestration géologique du CO2, mais la sûreté à long terme de ce type de stockage n’est pas garantie. En tant que solution alternative et durable, les recherches développées à PROMES ont pour objectif de développer des procédés solaires innovants permettant de recycler et de valoriser le CO2 émis par les procédés industriels, avec pour finalité l’élaboration de combustibles de synthèse. Des travaux sont ainsi menés afin de montrer qu'il est possible de transformer des mélanges gazeux à base de CO2 en carburants, grâce à l'énergie solaire concentrée. En effet, combiné à de l'eau et moyennant un apport d'énergie solaire adéquat, le CO2 peut être converti en un mélange de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H2), à partir duquel il est possible de fabriquer des hydrocarbures à chaîne longue déjà compatibles avec les infrastructures existantes et directement utilisables dans des moteurs classiques.

L’étape clé vise à réduire CO2 en une molécule plus réactive CO qui peut ensuite être utilisée pour produire H2 dans la réaction de shift exothermique (CO + H2O → CO2 + H2) ou bien permettre de stocker H2 via une synthèse Fischer-Tropsch pour produire un carburant liquide synthétique, comme le méthanol ou même l’essence. Les travaux ont pour objectifs l’identification et la caractérisation complète des voies et systèmes thermochimiques conduisant à la conversion de CO2, et la mise au point de nouveaux matériaux catalytiques. Ces derniers sont développés afin d’abaisser la température maximale du procédé en dessous de 1400°C. L’étude concerne la synthèse par voie solaire de matériaux actifs vis à vis de CO2 et la mise au point de réacteurs solaires adaptés à récepteur cavité ou volumétrique (Figure 2), le développement de méthodes d’élaboration de matériaux réactifs par voie humide, et la caractérisation de l’étape de réduction de CO2 (rendements et cinétiques chimiques). L’intégration de ces systèmes thermochimiques dans des procédés solaires à grande échelle (centrales à tour) est également examinée par une approche de génie des procédés.

Contact: Stéphane ABANADES, Gilles FLAMANT