Étude approfondie de la production d'E-Méthanol à partir de sources renouvelables et de CO2 issu de Biogaz Étude Approfondie de la Production d'E-Méthanol à Partir de Sources Renouvelables et de CO2 issu de Biogaz

Deep study of E-Methanol production from renewable sources and CO2 derived from Biogas

• Auteur / Autrice : Khadija Mammadyarova
• Direction : Chakib Bouallou
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 30/04/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CEEP - Centre Energie, Environnement, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Efficacité énergétique

Décarbonation

Captage de CO2

Électrolyse

Méthanol

Energy efficiency

Decarbonisation

CO2 capture

Electrolysis

Methanol

Résumé

Contexte et enjeux* La production d'e-méthanol (méthanol électrolytique ou électro méthanol) est un procédé qui utilise l'électricité pour convertir le dioxyde de carbone CO2 provenant généralement de sources industrielles en méthanol. Cette voie de production de carburant durable peut potentiellement utiliser de l'électricité renouvelable et contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L'une des applications les plus évidentes du e-méthanol est en tant que carburant pour véhicules. Il peut être utilisé dans des moteurs à combustion interne modifiés ou dans des piles à combustible pour propulser des voitures, des camions, des bus et d'autres véhicules. Le e-méthanol pourrait également être utilisé comme carburant pour les navires et les avions, contribuant ainsi à la décarbonation du transport maritime et aérien. La production d'e-méthanol est encore en phase de développement et d'expérimentation à grande échelle. La production d'e-méthanol, bien que prometteuse, est confrontée à plusieurs défis et verrous qui doivent être surmontés pour rendre ce procédé économiquement viable et compétitif sur le marché des carburants. En effet, le procédé de conversion d'électricité en hydrogène par électrolyse, suivi de la synthèse du méthanol, peut avoir des pertes d'énergie significatives, l'amélioration de l'efficacité énergétique de l'ensemble du procédé est un défi clé. Objectifs scientifiques* 1. Optimisation de la chaîne de production en explorant les moyens d'optimiser chaque étape du procédé de production d'e-méthanol, de l'électrolyse de l'eau à la synthèse du méthanol (études sur les catalyseurs, les conditions de réaction, et les technologies d'électrolyse) 2. Analyse et évaluation de l'efficacité énergétique de l'ensemble du procédé de production d'e-méthanol en identifiant les points de pertes d'énergie pour proposer des solutions pour améliorer l'efficacité globale. 3. Étude technico-économique de la production d'e-méthanol en tenant compte des coûts associés à l'électricité renouvelable, aux matières premières, à l'infrastructure, et comparaison aux méthodes de production traditionnelles. 4. Développement des modèles mathématiques ou des simulations numériques pour comprendre les interactions entre les différentes variables du procédé de production d'e-méthanol. Ces modèles seront utilisés pour identifier les conditions optimales. Approche – Méthodes 1. Revue de la littérature et identification des données nécessaires pour atteindre les objectifs. Cela pourrait inclure des données expérimentales, des données de laboratoire, des données économiques, des données sur les émissions de gaz à effet de serre, etc. 2. Développer des modèles mathématiques et simulations numériques de manière à répondre aux objectifs de recherche. 3. Analyse des données avec des outils et des logiciels de modélisation, ou d'autres méthodes appropriées pour extraire des conclusions significatives. 4. Interprétation des résultats à la lumière des objectifs de recherche et identification des tendances, des relations causales, des facteurs influents, et discussion de leur signification dans le contexte de la production d'e-méthanol. 5. Mettre en évidence les contributions novatrices et discussion des différences ou des similitudes avec les travaux antérieurs. 6. Discussion des implications pratiques des résultats dans le contexte de la production d'e-méthanol et identification des applications potentielles, des avantages, des limites et des recommandations pour la mise en œuvre. Résultats attendus La mise à l'échelle de la production d'e-méthanol pour la mise en place d'installations de production à grande échelle.

Context and challenges The production of e-methanol (electrolytic methanol or electro-methanol) is a process that utilizes electricity to convert carbon dioxide (CO2), typically sourced from industrial sources, into methanol. This sustainable fuel production pathway has the potential to use renewable electricity and contribute to the reduction of greenhouse gas emissions. One of the most obvious applications of e-methanol is as a fuel for vehicles. It can be used in modified internal combustion engines or fuel cells to power cars, trucks, buses, and other vehicles. E-methanol could also be employed as a fuel for ships and airplanes, thus aiding in the decarbonization of maritime and aviation transport. The production of e-methanol is still in the development and large-scale experimentation phase. Despite its promise, e-methanol production faces several challenges and hurdles that must be overcome to make this process economically viable and competitive in the fuel market. Indeed, the process of converting electricity into hydrogen through electrolysis, followed by methanol synthesis, can result in significant energy losses. Improving the overall energy efficiency of the entire process is a key challenge. Scientific objectives 1. Optimization of the production chain by exploring means to optimize each stage of the e-methanol production process, from water electrolysis to methanol synthesis (studies on catalysts, reaction conditions, and electrolysis technologies). 2. Analysis and assessment of the overall energy efficiency of the e-methanol production process by identifying points of energy losses and proposing solutions to enhance overall efficiency. 3. Techno-economic study of e-methanol production, considering costs associated with renewable electricity, raw materials, infrastructure, and comparison to traditional production methods. 4. Development of mathematical models or numerical simulations to understand the interactions among different variables in the e-methanol production process. These models will be used to identify optimal conditions. Methodology 1. Literature review and identification of the necessary data to achieve the objectives. This may include experimental data, laboratory data, economic data, greenhouse gas emission data, etc. 2. Develop mathematical models and numerical simulations to address the research objectives. 3. Analyze the data using modeling tools, software, or other appropriate methods to extract meaningful conclusions. 4. Interpret the results in light of the research objectives, identifying trends, causal relationships, influential factors, and discussing their significance in the context of e-methanol production. 5. Highlight innovative contributions and discuss differences or similarities with previous works. 6. Discuss the practical implications of the results in the context of e-methanol production, identifying potential applications, benefits, limitations, and providing recommendations for implementation. Expected results Scaling up the production of e-methanol for the establishment of large-scale production facilities.