Les matériaux à double fonction (DFM) combinant la capture du CO2 et la conversion en méthane : étude de différentes méthodes de synthèse

Details

Supervisors

Debecker, Damien P.

Faculty

Faculté des bioingénieurs

Degree label

Master [120] : bioingénieur en chimie et bioindustries, à finalité spécialisée

Abstract

Dans un contexte écologique où la demande énergétique ne cesse de croître et où l’utilisation d’énergies fossiles doit être limitée afin de diminuer nos émissions en CO2, il est nécessaire de se pencher vers de nouvelles technologies qui tendent vers un bilan carbone nul. Parmi ces technologies, la production d’hydrogène via des énergies renouvelables semble être un bon compromis pour limiter notre consommation d’énergies fossiles et ainsi diminuer nos émissions en CO2. Cependant, l’hydrogène fait face à plusieurs difficultés notamment concernant le stockage, le transport ainsi que son utilisation domestique. Une technologie sous-jacente est récemment utilisée permettant de convertir de l’hydrogène en combustible (comme le méthane) en le faisant réagir avec du CO2 préalablement capturé. Ces matériaux sont appelés matériaux à doubles fonction (DFM). Ils sont composés d’une phase adsorbante qui a une affinité pour du CO2 et de nanoparticules métalliques permettant de catalyser l’hydrogénation du CO2 en molécule plus énergétique (méthane dans notre étude). La synthèse de ce type de matériaux consiste à faire une double imprégnation de précurseurs que l’on calcine entre chaque étape. Le séchage de la suspension d’imprégnation nécessite l’utilisation de rotavapor (SPR, séchage par rotavapor). Cette méthode est reproductible et est la plus utilisée dans la littérature scientifique mais possède des limitations en industrie (lenteur du séchage pour de grande quantité, processus discontinu). Une autre possibilité de séchage, déjà utilisée en industrie mais peu étudiée dans la littérature scientifique est le séchage par atomisation (SPA) qui consiste à pulvériser la suspension avant de la sécher subitement grâce à une flux d’air passant dans un four. Dans ce mémoire, plusieurs DFM de nature identique seront synthétisés avec des méthodes différentes. Au total, 4 méthodes de synthèse ont été utilisées. L’objectif principal de ce travail sera d’observer et de comprendre les effets du type de séchage (lors de la synthèse) sur les performances des DFM. Un des DFM le plus performant pour la capture du CO2 et sa conversion en méthane est le 5%Ru-6%Na2O/γ-Al2O3. C’est sur cette composition de référence que les recherches se sont focalisées. En plus de la comparaison des méthodes de synthèse, une γ-alumine a été synthétisée à partir d’une suspension de boehmite séchée par atomisation et calcinée. Cette γ-alumine (Al-B) sera également comparée à la γ-alumine commerciale (Al-c). Les matériaux ont été caractérisés par ICP-AES, TPD-CO2, physisorption N2, chimisorption H2, DRX, DRIFTS et XPS.