Un nouveau procédé pour convertir le CO2 en produits chimiques de base durables
La production durable de matériaux chimiques de base en utilisant le CO2 comme source de carbone est l'objectif du projet "PKat4Chem". Les partenaires du projet impliqués visent à développer davantage le processus de catalyse par plasma à basse température afin que les gaz produits à partir de la biomasse puissent être convertis en méthanol ou en éthylène dans un processus en une seule étape. L'Institut Fraunhofer pour la microstructure des matériaux et des systèmes IMWS apporte son expertise dans l'analyse des matériaux utilisés. Cette approche promet une grande efficacité et une grande flexibilité.
Cartes de distribution des éléments à l'interface d'une électrode enrobée.
© Fraunhofer IMWS
Évaluation tridimensionnelle du comportement de frittage d'un revêtement pour électrodes à l'aide de la tomographie à rayons X.
© Fraunhofer IMWS
Produire des produits chimiques de base sans consommer de matières premières fossiles et donc sans générer d'émissions de CO2 est l'une des tâches les plus importantes pour atteindre les objectifs climatiques. Ces produits chimiques de base, qui sont produits en énormes quantités, sont les matières premières de nombreux autres produits industriels et courants tels que les plastiques, les engrais et les carburants.
Les technologies Power-to-X constituent une approche très efficace pour la production durable de produits chimiques organiques de base tels que l'éthylène, le méthanol ou le styrène. L'hydrogène nécessaire aux composés chimiques peut également être produit sans émissions par électrolyse. Sile CO2 est utilisé comme source de carbone, le cycle du carbone peut être fermé et même les gaz à effet de serre déjà émis peuvent être éliminés de l'atmosphère.
Le projet "PKat4Chem" se concentre sur la conversion et donc l'utilisation duCO2 pour la production de matériaux chimiques de base. Le consortium se concentre sur la catalyse par plasma à basse température (catalyse LTP). Grâce à cette technologie, les gaz produits à partir de la biomasse, tels que le méthane (CH4) en combinaison avec leCO2 , doivent être activés très efficacement par plasma et convertis en matériaux chimiques de base, tels que le méthanol (CH3OH) ou l'éthylène (C2H4), à l'aide de catalyseurs appropriés dans un processus en une seule étape.
Le projet se concentre sur les réacteurs à catalyse LTP, car ils peuvent atteindre des rendements très élevés, jusqu'à 95 %. Ils offrent également l'avantage d'être facilement extensibles et de présenter des coûts d'investissement et d'exploitation plus faibles. Il s'agit donc d'un processus potentiel clé en main qui peut être activé et désactivé de manière dynamique et en fonction de la demande.
L'objectif du projet, qui durera jusqu'à la fin de 2027, est de développer un nouveau type de chaîne de traitement. L'accent est mis sur le développement d'un module de réacteur à catalyse LTP pour la synthèse du méthanol ou de l'éthylène. Ce module doit être validé par des essais sur le terrain dans une usine de biogaz existante. Dans le cadre du projet, le Fraunhofer IMWS est responsable de la caractérisation microstructurale du matériau d'électrode breveté et des catalyseurs correspondants. La microstructure des matériaux est analysée par microscopie électronique à balayage (MEB) et microscopie électronique à transmission (MET) et la distribution des éléments est examinée par spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDXS). En outre, l'étude des changements matériels près de la surface dus à l'effet de la catalyse LTP à l'aide de la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et de la spectrométrie de masse d'ions secondaires à temps de vol (ToF-SIMS) est au premier plan des recherches de l'équipe Fraunhofer.
"Afin de comprendre les processus à l'électrode, nous voulons également étudier les propriétés fondamentales à l'aide de l'analyse thermique et clarifier les processus redox aux différentes interfaces des matériaux impliqués à l'aide de la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS). Cela permettrait de mettre au point des matériaux "sous surveillance"", explique Christian Thieme, qui dirige le projet au Fraunhofer IMWS. "L'approche offre de nombreux avantages, allant d'une grande flexibilité et d'une application décentralisée à la possibilité d'utiliser complètement le biogaz et d'éliminer lesémissions de CO2 liées au processus. Enfin, nous sommes également motivés par le fait qu'il existe une énorme demande de produits chimiques de base durables, à la fois pour l'industrie chimique et, à long terme, pour le secteur des transports."
Outre le coordinateur du projet, enaDyne GmbH, EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH, Arcanum Energy Systems GmbH & Co KG, HTWK Leipzig, TU Bergakademie Freiberg, l'université de Leipzig, l'université de la Ruhr à Bochum et Fraunhofer IMWS participent également au projet "PKat4Chem".
Le projet est financé dans le cadre du programme de recherche sur l'énergie du ministère fédéral de l'économie et de la protection du climat (BMWK).
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