Valorisation du dioxyde de carbone en produits oxygénés par catalyse assistée par plasma non-thermique – VALCO2PLAS

Le projet vise à valoriser le CO2 en produits hydrogénocarbonés (CH3OH, CH2O) par hydrogénation catalytique assistée par un plasma non-thermique, l'hydrogène étant apporté par un hydrocarbure léger.
La réaction de reformage du CH4 par le CO2 induite par un plasma non-thermique forme, outre du CO et de l'hydrogène, des hydrocarbures (C2-C6) ainsi que des traces de produits oxygénés. La formation des produits oxygénés doit être favorisée en présence d'un catalyseur actif pour l'oxydation ménagée du méthane en méthanol et formaldéhyde, voire par un catalyseur d'hydrogénation du CO2 et/ou du CO. Néanmoins, l'apport d'énergie par le plasma, nécessaire à l'activation du CO2 et de l'hydrocarbure peut conduire à une dégradation des produits de la réaction, plus fragiles que les réactifs de départ. L'extraction en continu du milieu plasma de ces produits par dissolution dans un solvant ou par condensation sur une paroi refroidie permettra de les soustraire de l'action du plasma et donc d'éviter leur dégradation.
Cette étude fondamentale se déclinera selon deux axes principaux correspondants à deux approches technologiques différentes de réacteurs catalytiques assistés par plasma, mais néanmoins complémentaires: un système de deux réacteurs séparant la réaction de reformage suivi de la réaction d'hydrogénation et un réacteur unique dans lequel sera développé le concept d'extraction en continu des produits oxygénés (CH3OH et CH2O). Pour chacune de ces études, les propriétés du catalyseur (texture, composition) et sa mise en forme compatible avec les différents types de réacteurs seront cruciales pour la réussite de l'étude. Une étude cinétique et des mécanismes de réaction utilisant des techniques operando avancées de caractérisation des espèces de la phase gazeuse et adsorbées sur le catalyseur, développées dans les différents laboratoires partenaires, permettra de déterminer s'il existe une voie directe d'hydrogénation du CO2 par le méthane ou s'il est nécessaire de passer par la formation de gaz de synthèse CO+H2 (réaction de reformage), et donc de déterminer qu'elle est la conformation de réacteurs la plus prometteuse.