Fabrication de carburant synthétique par valorisation du CO2 et de la chaleur nucléaire

The production of synthetic fuel by CO2 valorization using nuclear energy

• Auteur / Autrice : Phuangphet Vibhatavata
• Direction : Daniel Bianchi, Jean-Marc Borgard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédé
• Date : Soutenance le 25/10/2012
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Chimie (Chimie, Procédés, Environnement)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (France) - Areva
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Modélisation de Thermodynamique et de Thermochimie - Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Sarrade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Bianchi, Jean-Marc Borgard, Pierre Millet, Pascal Del-Gallo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Granger, Michel Sardin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse hétérogène

Dioxyde de carbone

Hydrogénation

Carburants de synthèse

Mots clés libres

Catalyseur hétérogène

Carburant de synthèse

Valorisation du CO2

Gaz à l'eau inverse

Hydrogénation du CO2

Heterogeneous catalyst

Synthetic fuel

CO2 Valuation

Reverse Water-Gas-Shift

Hydrogenation of CO2

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le contexte d’un fort accroissement des émissions de gaz à effetde serre au niveau mondial. Une idée est de réutiliser ce CO2 comme matrice de stockageénergétique pour fabriquer un carburant de synthèse en le combinant avec de l’hydrogèneproduit à partir de décomposition de l’eau par apport d’énergie nucléaire ou renouvelable,évitant ainsi le recours au pétrole ou au charbon. Cette idée prend tout son sens dans lecontexte spécifique français où l’électricité, majoritairement produite par énergie nucléaire etrenouvelable a une faible empreinte carbone. Dans ce cadre nous nous proposonsd’hydrogéner le CO2 en gaz de synthèse par la réaction Reverse Water-Gas-Shift (RWGS),lequel gaz de synthèse est alors transformé en carburant. Ce projet de recherche est composéde deux parties principales :La première partie se focalise sur le développement d’un catalyseur sélectif et stable pourla réaction de RWGS à température modérée (723-773 K). A cet égard nous avons procédé àune modélisation conjointe de la micro-cinétique de la réaction de RWGS et des principalesréactions parasites pour déterminer un composé multi-métallique innovant ; celui-ci a pu êtreconfronté avec succès aux catalyseurs industriels utilisés, dans les conditions optimales de laréaction de RWGS. Dans une deuxième partie, nous avons effectué un remontagethermodynamique de l’ensemble d’une conversion du CO2 issu de fumées industrielles encarburant de synthèse (dimethyl ether, DME) sur un cas concret à grande échelle en France.La simulation du procédé CO2 to DME montre une efficacité énergétique du procédé de 52%et une réduction des émissions du CO2 de la cimenterie de 88%.

This work is in the context of large-scale efforts to enhance greenhouse gas emissionsmitigation. A potential way to recycle CO2 as a carbon feedstock to produce a synthetic fuelby the conversion of CO2 and hydrogen, produced from water electrolysis using nuclear orrenewable energy. This process may be sustainable in some specific context like in Frenchcontext; French electricity is mainly generated by nuclear and renewable energies that havelow carbon footprints. In this work, a synthetic fuel is produced by CO2 hydrogenation intosynthesis gas via the Reverse Water-Gas Shift (RWGS) reaction, then synthesis gas isconverted into a synthetic fuel. This research project consists of two main parts:The first part focuses on the development of a selective and stable catalyst for the RWGSreaction at moderate temperature (723-773 K). We have applied the micro-kinetic approach ofthe RWGS reaction and its side reactions in order to determine a multi-metallic catalyst,which has shown to perform better selectivity and stability than a conventional, commercialcatalyst under the optimal operating conditions of the RWGS reaction. In the second part, weconducted the simulations of a large-scale dimethyl ether (DME) production process by theconversion of CO2 from industrial flue gases in the French context. The simulation of the CO2to DME process showed the process energy efficiency of 52% and the emissions reductionpotential of 88% of total CO2 emissions.