Le LCS coordonne le projet ANR EACH sur l’électrification du craquage de l’ammoniac
Le Laboratoire Catalyse et Spectrochimie ( coordonne le projet ANR EACH – Electrification of Ammonia Cracking for Hydrogen economy, sous la responsabilité scientifique de Ludovic Pinard.
Prévu sur 48 mois, le projet réunit cinq partenaires académiques français autour d’un même objectif : développer une technologie bas-carbone de production d’hydrogène à partir d’ammoniac.
L’ammoniac constitue aujourd’hui un vecteur stratégique pour le transport et le stockage de l’hydrogène. Sa forte teneur en hydrogène et l’existence d’infrastructures déjà déployées à l’échelle internationale en font un candidat important pour les futures chaînes énergétiques.
Mais un verrou technologique subsiste : pour libérer l’hydrogène, l’ammoniac doit être décomposé selon une réaction fortement endothermique. Dans les procédés conventionnels, l’apport de chaleur repose sur la combustion, ce qui génère des émissions de CO₂ et réduit l’intérêt environnemental du procédé.
Une approche fondée sur l’électrification du réacteur
Le projet EACH propose de remplacer cette production de chaleur par combustion par une électrification complète du procédé, grâce à un réacteur à lit fluidisé chauffé par effet Joule.
Le principe consiste à produire directement la chaleur au sein du lit catalytique conducteur. Cette approche doit permettre :
- de supprimer les émissions liées à la combustion ;
- d’améliorer l’homogénéité de la température dans le réacteur ;
- de limiter la formation de points chauds ;
- de faciliter l’intégration d’électricité renouvelable ;
- d’améliorer le contrôle du procédé.
Le projet prévoit également le développement de matériaux granulaires à la fois conducteurs et catalytiques, capables d’assurer simultanément la conduction électrique, la production de chaleur et la réaction chimique.
Les matériaux étudiés s’appuieront notamment sur le graphène et le carbure de silicium dopé. Ils devront en particulier résister aux contraintes mécaniques liées au fonctionnement en lit fluidisé et conserver leurs performances dans le temps.
Le LCS au cœur du développement expérimental
En tant que coordinateur du projet, le LCS assure la cohérence scientifique globale du programme et pilote également les travaux consacrés à la catalyse expérimentale et au développement du réacteur.
Le laboratoire développera et mettra en œuvre des prototypes de réacteurs à lit fluidisé électrifiés à différentes échelles afin d’étudier notamment :
- la conversion de l’ammoniac et le rendement en hydrogène ;
- la distribution de température dans le lit ;
- les conditions électriques et thermiques de fonctionnement ;
- l’influence de la composition et de la taille des particules ;
- la stabilité du procédé dans le temps.
Les données obtenues alimenteront directement les travaux de modélisation multiphysique et d’extrapolation du procédé.
Un consortium aux compétences complémentaires
Autour du LCS, coordinateur du projet, EACH associe quatre autres partenaires académiques :
UCEIV – Université du Littoral Côte d’Opale
L’UCEIV travaille sur la formulation et la caractérisation des catalyseurs, notamment des systèmes à base de nickel associés à différents éléments promoteurs.
IRCER – Université de Limoges
L’IRCER développe les matériaux granulaires conducteurs, fluidisables et résistants à l’attrition nécessaires au fonctionnement du réacteur.
GREYC – ENSICAEN
Le GREYC intervient sur la modélisation électrique, le traitement du signal et l’instrumentation du réacteur. Il contribue également à l’analyse du cycle de vie.
LRGP – ENSIC / Université de Lorraine
Le LRGP prend en charge l’intensification du procédé, son extrapolation à plus grande échelle ainsi que son évaluation technico-économique et environnementale.
Cette complémentarité permet de couvrir toute la chaîne de recherche, depuis la conception des matériaux jusqu’à l’évaluation d’un procédé potentiellement transférable à l’échelle industrielle.
Le projet vise notamment une conversion de l’ammoniac supérieure à 99,9 %, la production d’un hydrogène de haute pureté, une réduction d’au moins 50 % des émissions de CO₂ par rapport aux procédés conventionnels et une amélioration d’au moins 30 % de l’efficacité énergétique.Au-delà du craquage de l’ammoniac, les résultats du projet EACH pourront contribuer au développement de nouvelles approches d’électrification des procédés chimiques endothermiques, avec pour objectif de réduire leur empreinte carbone.
