Énergies, Carburants et Intermédiaires pour le Développement Durable (ECI2D)

Responsable : LORIDANT Stephane
Responsable adjoint : PUZENAT Eric

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Dans un futur proche, la transition énergétique va modifier profondément la manière de produire les carburants et grands intermédiaires chimiques. Dans le domaine de la catalyse hétérogène, l’équipe ECI2D focalise ses travaux sur trois grandes thématiques autour du développement durable :

Dans le cadre de ces thématiques et via un partenariat industriel fort, nos objectifs scientifiques résident dans l’amélioration et la compréhension de procédés existants, ainsi que dans la recherche de nouvelles voies de transformation d’hydrocarbures, de constituants de la biomasse ou de produits issus de la biomasse comme les alcools ou de nouvelles voies de production de carburants à partir de l’énergie solaire ainsi que dans la conception de catalyseurs appropriés. La méthodologie et l’expertise de l’équipe concernent la préparation de catalyseurs multifonctionnels et leur caractérisation avancée, notamment par des méthodes in situ ou operando, leur évaluation à l’aide de charges modèles ou réelles afin de déterminer les mécanismes réactionnels, notamment par le biais de la modélisation cinétique. La complexité des sujets traités et l’approche globale allant de la conception du matériau catalytique à son utilisation pour la transformation de charges réelles, sont uniques en France. De plus, l’expertise en hydrotraitement (catalyseurs sulfures, catalyseurs bifonctionnels thiorésistants), oxydation ménagée et réactions de déshydratation (catalyseurs oxydes), catalyse par les métaux et alliages, et photocatalyse pour l’énergie,  confèrent à l’équipe un caractère pluridisciplinaire propice à l’innovation et une forte reconnaissance internationale, aussi bien académique qu’industrielle. Pour relever les défis proposés, l’équipe ECI2D dispose d’outils spécifiques et innovants d’évaluation et de caractérisation dédiés à ces thématiques.  Ainsi, nous avons développé des méthodes séparatives avancées telles que la chromatographie GCxGC-FID/MS pour la compréhension des charges complexes, et des techniques spectroscopiques permettant une analyse in situ ou operando du catalyseur en conditions réactionnelles.

 

 

AXES DE RECHERCHE :

 

Le développement de la valorisation de la biomasse constitue l’une des voies principales choisies par l’Union Européenne et la France pour participer à la maîtrise des consommations de ressources non renouvelables et lutter contre le changement climatique. Dans ce contexte, l’équipe s’attache à valoriser la biomasse et les molécules plateformes dérivées pour produire les biocarburants et intermédiaires chimiques du futur par catalyse hétérogène. La conversion catalytique de biomasse brute (filière lignocellulosique, micro et macro-algues), de biomasse extraite (lignine), d’huiles de pyrolyse, et d’intermédiaires bio-sourcés, est réalisée en ayant pour objectif principal l’amélioration des rendements et des sélectivités en huiles ou en synthons utiles pour la chimie ou les biocarburants. En effet, les catalyseurs développés pour l’industrie du raffinage et de la pétrochimie ne sont pas forcément adaptés à ces milieux (effet de l’eau notamment) et il convient, d’une part, de comprendre les effets de l’eau sur les catalyseurs hétérogènes et, d’autre part, de concevoir de nouveaux catalyseurs. Un autre effort se porte sur la compréhension des nombreuses réactions qui interviennent dans les milieux complexes que constituent, par exemple, les biohuiles, et sur leur variabilité selon leur origine. Pour cela le développement d’outils analytiques spécifiques a été entrepris, notamment avec la chromatographie bidimensionnelle (GCxGC), technique permettant d'obtenir la spéciation analytique de matrices complexes.

D'autre part, l'équipe s'intéresse à la conception et la compréhension des propriétés de catalyseurs  pour la production (vaporeformage, chemical looping) et la purification (PROX) de l’hydrogène. La valorisation de CO2 par réduction catalytique en méthanol ou en méthane est également abordée. 

 

Du fait de la raréfaction des ressources pétrolières, il devient nécessaire de valoriser des coupes de raffinage telles que le "Light Cycle Oil" (LCO) et les fractions pétrolières lourdes (VGO, résidus RSV, RSA).  Afin d’éliminer les composés polyaromatiques des LCO en présence de soufre pour l'obtention de gazoles à haut indice de cétane, l’équipe développe des catalyseurs bifonctionnels stables, thiorésistants et performants pour l'ouverture sélective des cycles hydrocarbonés (SRO). De même, l’hydrotraitement  (HDT) des VGO (Vacuum Gas Oil), en amont du craquage catalytique (FCC), prend une importance croissante et fait l’objet de travaux sur la compréhension des mécanismes d’hydrodésazotation (HDN), réaction requise avant l’introduction dans un réacteur FCC. Dans le cycle de vie des catalyseurs d’HDT ou d’hydrocraquage (HCK), les efforts de compréhension sont poursuivis pour améliorer  les procédures d’activation après régénération.  De plus, l’utilisation croissante de pétroles non conventionnels et la valorisation des fractions lourdes du raffinage pétrolier constituent un axe de recherche important destiné à  améliorer la conversion en distillats moyens, notamment à l’aide de catalyseurs dispersés. Enfin, nos efforts de recherches sont poursuivis dans l'étude et le développement de catalyseurs d'hydrogénation sélective pour la purification d'hydrocarbures à haute valeur ajoutée (alcènes et aldéhydes).

 

A condition que ce vecteur énergétique soit produit à partir de ressources décarbonées, la production d’hydrogène par photodissociation de l’eau constitue un défi majeur que l’équipe cherche à relever. En outre, la découverte de photocatalyseurs plus efficaces que TiO2 et ayant des propriétés photocatalytiques dans le visible nécessite d’élucider la relation structure-propriétés des cocatalyseurs nécessaires à la réduction du proton et à l’oxydation de l’eau, d’élaborer des photocatalyseurs multifonctionnels et de comprendre les processus de transferts de charges pour optimiser l’efficacité de conversion photocatalytique. De plus, la valorisation du CO2 en matières premières ou sources d’énergie est abordée à travers sa réduction photocatalytique. Cette réaction nécessite d’élaborer des structures semi-conductrices capables de réduire CO2, d’en comprendre les mécanismes réactionnels de surface ainsi que les processus de transfert électronique impliqués.

 

 

 PERSONNEL PERMANENT :

 

PAF Dr Pavel AFANASIEV
Catalysis by sulfides, Materials chemistry, XAS, TEM

GBE Dr Gilles BERHAULT
Catalysis by sulfides, Shape-controled nanostructures, Photocatalysis

CGE Dr Christophe GEANTET
Catalysis by sulfides, Hydrotreatments, XAS

DLA Dr Dorothée LAURENTI
Thermochemical biomass conversion, HDO, Catalysis by sulfides

RCE Ruben CHECA
Analytical techniques. Process control and acquisition

CLO Chantal LORENTZ
Analytical techniques, GC

SLO Dr Stéphane LORIDANT
Catalysis by oxides, Selective oxidation, Acid-base catalysis, Alkanes and biosourced molecules, In situ/operando Raman and IR spectroscopies 

JMI Dr Jean-Marc MILLET
Catalysis by oxides, selective oxidation, valorization of alkanes and biosourced molecules, new processes of production of alkenes, dienes and hydrogen, Mössbauer spectroscopy

LPI Dr Laurent PICCOLO
Catalysis by metals, Surface science, Nanoparticles and nanoalloys, Single-atom catalysts

EPU Dr Eric PUZENAT
Photocatalysis, Water splitting, Solar fuels, Photo-assisted synthesis 

MVR Dr Michel VRINAT
Catalysis by sulfides, ​Refining, Kinetics

 

Plus d'information sur le personnel

(Page mise à jour le 13/05/2018 par L. Piccolo)