Les carbonates sont au cœur de l’environnement, dans les coraux, les coquillages, les calcaires. Ils sont une version solide du gaz carbonique. Leur chimie de surface est encore mal connue. Même pour le LCS, expert dans l’étude de surface des solides, les carbonates restent un sujet difficile car leur surface est très faible et leur fragilité ne leur permet pas de supporter les traitements nécessaires. Une nouvelle famille de carbonates de très haute surface pourrait faciliter ces études en permettant l’adsorption de grandes quantités de molécules. Les plasmas à basse température devraient permettre la préparation et le
nettoyage des carbonates pour les études en spectroscopie infrarouge. On pourra alors comprendre la chimie et les processus naturels qui se produisent à la surface et au contact des carbonates dans de nombreux domaines différents (croissance des coraux et des coquillages, vieillissement des pierres de construction, stockage profond du CO2, traitement de l’eau et l’éliminaƟon des polluants…). La méthode de traitement par plasma pourra être
étendue à tous solides fragiles ou ne supportant pas de température élevée pour leur étude scientifique et leur utilisation dans l’industrie. Une fois cette méthode mise au point, de nouvelles applications commerciales de carbonates poreux pourront être proposées avec des partenaires industriels du domaine agroalimentaire et un financement sera demandé à l’ANR avec l’appui du pôle de compétitivité Valorial.

Les constructeurs automobiles sont confrontés à de fortes contraintes d’émissions de polluants.
En Europe, les normes Euro 5 généraliseront l’utilisation des filtres à particules Diesel en septembre 2009, tandis que les normes Euro 6 imposeront dès 2014
Le projet ATMO propose d’approfondir les connaissances des partenaires du projet sur les catalyseurs déNOx les plus répandus à ce jour : le piège à NOx et les catalyseurs SCR et d’intégrer les connaissances acquises.

Les normes de plus en plus sévères sur la protection de l’environnement et les inquiétudes sociétales vis-à-vis de la qualité de la vie et d’un développement durable, imposent des contraintes strictes au contrôle des émissions des véhicules équipés de moteurs à combustion interne. Pour faire face à la normative préconisée, des catalyseurs de dépollution des gaz d’échappement sont nécessaires. Actuellement, pour être efficace, un pot catalytique doit atteindre une température de travail d’environ 250°C. Ce dispositif de traitement des émissions polluantes NOx, HC et CO, est, par conséquent, inopérant au démarrage à froid.

Ce projet concerne les catalyseurs de dépollution, à base de platinoïdes, utilisés en traitement des émissions des gaz d’échappement de véhicules à moteurs thermiques. Il vise à obtenir un abaissement de leur température de travail, celle à laquelle se produit la réaction catalytique, ainsi qu’une amélioration de leur stabilité vis-à-vis du vieillissement en température. La conséquence doit être une réduction significative du temps nécessaire, après démarrage du véhicule, à la mise en action du pot catalytique pour en réduire les émissions polluantes non traitées (particulièrement en ville), et ceci de façon durable.
Les catalyseurs sont généralement synthétisés par les méthodes conventionnelles d’échange ou d’imprégnation des précurseurs de platine ou de palladium sur des supports oxydes. Ces méthodes de synthèses ne confèrent généralement pas une dispersion optimale du platine ou du palladium. De plus, les particules métalliques sont assujetties à des phénomènes de coalescence et détachement du support suite au vieillissement du système, ce qui oblige les imprégnateurs à introduire des charges importantes en métaux précieux, cause d’un surcoût significatif du système d’échappement des véhicules. Les constructeurs sont intéressés à étudier, en collaboration avec des laboratoires académiques, un procédé de modification, par bombardement ionique, de la composition et/ou la morphologie de surface des catalyseurs de post-traitement, suite aux résultats très prometteurs fournis par des tests préliminaires. Ces tests ont montré que le bombardement conduit à : 1) une meilleure dispersion de la phase métallique et la création de nanoparticules sur un support en silicium ; 2) une meilleure activité catalytique d’un matériau commercial, mis en forme.

Dans le cadre du projet, ces travaux doivent se poursuivre sur deux fronts :

• La recherche fondamentale (ILV, LCS) : détermination des phénomènes qui régissent la relation entre le bombardement et la dispersion nanométrique selon la nature et l’énergie de l’ion, en relation avec la nature du métal cible. Application à l’activation catalytique des platinoïdes et autres métaux sur supports différents.
• La recherche industrielle (PCA, Renault) : tests et validation du procédé sur prototypes de pots catalytiques portés sur des bancs de tests avec des mélanges synthétiques de gaz et banc moteur dynamique. Etude et développement des moyens de bombardement ionique adaptés à la production industrielle.

Financée par la Région Normandie, la chaire d’excellence Bio-DNH a pour ambition de développer la technologie des liquides porteurs d’hydrogène via un procédé émergeant l’aromatisation du méthane.

Le procédé innovant fonctionne sur la base de liquides organiques porteurs d’hydrogène : Liquid Organic Hydrogen Carrier – LOHC. Liquides d’une densité de stockage d’hydrogène élevée, les LOHCs permettent une manipulation sûre de l’hydrogène. Il s’agit pour les chercheurs d’hydrogéner à température élevée des molécules de liquides organiques “rechargeables » tel le naphtalène pour obtenir une molécule stable, la décaline, qui pourra ensuite être conditionnée à basse température pour être facilement transportée et utilisée.

Dans ce procédé, l’hydrogène est stocké dans un liquide organique. Le mélange d’hydrogène est par la suite acheminé vers les clients par des voies de transports traditionnelles. Ainsi, les obstacles actuels dans le stockage et le transport de l’hydrogène peuvent être surmontés. L’hydrogène peut être à nouveau récupéré via la déshydrogénation du composé liquide et peut à son tour être utilisé pour obtenir l’électricité.

Il existe une synergie intéressante entre la réaction d’aromatisation du méthane (MDA) et l’utilisation de LOHC. Le MDA convertit le (bio)-méthane en hydrogène et en composés mono et bi aromatiques. Le benzène et toluène biosourcés sont des molécules plateformes pour l’industrie pétrochimique, tandis que le naphtalène de faible valeur ajoutée pourrait être valorisé en l’hydrogénant en un LOHC à haute teneur en hydrogène, la décaline.

Cette unité d’hydrogénation produira et régénérera la décaline. L’unité d’hydrogénation sera alimentée non seulement avec du naphtalène et de l’hydrogène produits par déshydroaromatisation du biogaz, mais aussi avec du naphtalène provenant de sources mobiles (régénération des LOHC). Ainsi, la conversion totale de l’hydrogène en LOHC résout à la fois les problèmes de stockage et de séparation avec le CH4.

Le LCS a bâti sa réputation sur la spectroscopie infrarouge operando, c’est-à-dire sur l’observation du matériau dans les conditions de fonctionnement. Le LCS occupe une place unique dans l’étude des catalyseurs et adsorbants pour la production de carburant, la dépollution automobile, et dans le domaine des bio-ressources. Le dérèglement climatique a stimulé l’intérêt porté à la valorisation de la biomasse non alimentaire dite de deuxième génération. Le traitement thermochimique et le raffinage de cette biomasse conduit à l’obtention de biocarburant présentant des structures chimiques très proches des carburants issus de source fossile mais contenant des impuretés oxygénées dont les teneurs peuvent atteindre quelques pourcents. L’objectif du projet BIOCAR est de développer une méthode de purification sélective de ces biocarburants pour atteindre un niveau d’oxygénés acceptable en terme de performance énergétique et d’émission gazeuse et particulaire des véhicules.

Cost efficient and long-term stable catalysts are in great demand for the CO2 hydrogenation to methane and C2 compounds, a key process in CO2 conversion into useful chemicals and fuels. Ni supported on oxides appear as promising catalysts for this reaction but still suffer from low activity at low temperature (< 300 °C) and fast deactivation. The BIZECO2 project falls within this context and aims to develop new catalysts containing specific bimetallic NiFe active sites promoting CO2 activation. Recently, the development of a new methanation catalyst concept based on the synthesis of Ni-doped ceria nanoparticles containing Ni ionic sites enabled to obtain a very high specific activity for the desired reaction. The aim of this project is to further develop this concept by verifying whether this is a more general trend that could be applied to other types of oxides. Metal-containing zeolites, important inorganic crystalline materials owing to their adsorptive and catalytic properties, are positioned to significantly contribute to the achievement of these goals. Recently, specific synthesis protocols allowed to directly insert a wide range of heteroelements within zeolite framework offering the possibility to apply it to bimetallic systems. We therefore propose the synthesis using high-throughput automated system, advanced characterization and catalytic evaluation of NiFe-MFI nanozeolites for CO2 methanation

Composites tout CELLulose et matériaux à changement de PHase pour l’Isolation

Le projet CELLPHI vise à développer et caractériser des matériaux composites cellulose – matériau à changement de phase (MCP) en vue d’applications en isolation thermique. L’idée est de développer des matériaux biosourcés et biodégradables, à faible empreinte environnementale. De surcroît, en cours d’utilisation, de tels matériaux permettraient de récolter de manière passive des énergies thermiques dites de basse intensité, ce qui du point de vue de la thermodynamique globale permet de réelles économies d’énergies. CELLPHI se décline sur deux axes fortement couplés, chacun étant centré sur l’expertise d’un des laboratoires partenaires (LOMC et LCS). Le premier axe, piloté par le LOMC (Université le Havre Normandie), se concentrera sur la fabrication de matériaux cellulosiques dits « composites tout-cellulose » dans lesquels un matériau à changement de phase sera incrusté. Le composite sera créé sous la forme d’un filament continu par une technique de wet-spinning, technique utilisée actuellement pour la production de la fibre de type rayon (ou viscose). Les caractérisations structurales incluront la diffraction des rayons X, la diffusion des RX aux petits angles (SAXS), la microscopie à force atomique en milieu liquide et la microscopie optique polarisée en température pour contrôler la stabilité du matériau. Le second axe sera piloté par le LCS (Université Caen Normandie/ENSICAEN) et centré sur l’utilisation de techniques de spectroscopie avancées et d’analyses thermiques. Il s’agira d’une part d’établir des relations formulation-structure-performances à l’aide de techniques d’apprentissage automatique, et d’autre part de comprendre les étapes de fabrication liées aux aspects diffusifs de l’étape d’inclusion du MCP dans la matrice à l’état pâteux (spectroscopie RMN de diffusion), ainsi que d’analyser les performances du composite produit par un cyclage thermique et une approche combinée IR-DSC operando.
Les laboratoires ouvrent donc un appel à candidature pour deux thèses, l’une au LOMC et l’autre au LCS. Ces deux thèses seront fortement couplées et une réelle interaction entre les deux axes sera prépondérante pour la bonne réussite du projet. A titre d’exemple, les aspects diffusifs des états intermédiaires présents dans les étapes de fabrication seront par exemple examinés dans chacun des deux laboratoires par deux techniques complémentaires : le SAXS et la RMN de diffusion. Aussi, outre un solide bagage en physico-chimie des polymères et/ou sur l’une des techniques susmentionnées, les candidats devront pouvoir interagir de manière très fréquente entre eux/elles. Ce projet est financé par le laboratoire d’excellence LABEX EMC3 (Energy Materials Clean Combustion Center), et des déplacements dans des conférences internationales sont prévus. Le projet débutera en septembre 2022 et les thèses seront d’une durée de 36 mois.

Les catalyseurs d’oxydation utilisés dans la motorisation Diesel (DOC) ont été développés pour oxyder le CO et les hydrocarbures. L’oxydation du NO est aussi considérée pour atteindre le ratio NO2/NOx appropriés pour le système aval de Réduction Catalytique Sélective (SCR) des NOx par l’ammoniac ou l’urée.
Le consortium CORAL a pour but d’ajuster judicieusement la composition chimique, la structure cristalline, la texture, la mobilité et le stockage de l’oxygène des oxydes à base de Ce/Zr/Pr afin de concevoir des catalyseurs DOC et SCR plus efficaces et plus robustes que ceux décrits dans l’état de l’art. Compte tenu de la bonne connaissance par le consortium du diagramme de phases CeO2-ZrO2-PrOx, deux principales familles d’oxydes peuvent être considérées. La première est riche en (Ce,Pr) et contient majoritairement du Pr4+ et est de ce fait adaptée à la catalyse d’oxydation DOC. La seconde est riche en Zr avec un fort taux de Pr3+ et représente les catalyseurs de réduction SCR.
Le premier objectif du projet CORAL est d’optimiser le taux de Pr en explorant plus en détails le diagramme de phases CeO2-ZrO2-PrOx. Le deuxième objectif est d’introduire directement les métaux précieux (PGM) par des réactions hydrothermales durant la synthèse des oxydes complexes afin de contrôler le taux et la nature des PGM dans les processus d’oxydation DOC. Le troisième objectif est de stabiliser un faible taux de Fe2+/Fe3+ qui se comporte comme un acide de Lewis au sein du réseau à base de terres rares et de Zr et permettre ainsi d’améliorer l’efficacité lors de la réduction SCR. Afin de limiter les risques, d’optimiser les surfaces spécifiques, la pureté des phases et la stabilité thermique, les voies hydrothermales sont préférentiellement choisies pour incorporer des métaux de transition dans les réseaux d’oxydes à base de terres rares. D’autres métaux de transitions comme le Nb5+ en tant qu’acide de Lewis seront aussi évalués.
L’activité catalytique des systèmes PGM supportés sur des matrices oxydes pour la combustion des hydrocarbures est fortement liée à la mobilité de l’oxygène au sein du réseau d’oxyde. Dans un quatrième objectif, la mobilité de l’oxygène dans des conditions réelles d’utilisation des catalyseurs sera évaluée à partir de méthodes complémentaires mettant en oeuvre des pastilles denses ou des poudres de grande surface spécifique. Dans un cinquième objectif autour des composites PGM/oxydes riches en (Ce,Pr), trois réactions d’oxydation pour évaluer les performances DOC seront suivies : l’oxydation du CO, du propane et du NO alors que pour les phases riche en Zr, les performances Urée-SCR seront mesurées dans des conditions réelles à l’échelle du laboratoire. Finalement, dans un dernier objectif, ces catalyseurs innovants seront caractérisés à l’aide de techniques performantes comme la microscopie électronique environnementale (E-TEM) pour analyser et comprendre l’interaction PGM/oxyde à l’échelle nano ou encore les spectroscopies IR/Raman en mode Operando afin d’évaluer les propriétés de nouveaux catalyseurs DOC et SCR dans des conditions réelles d’utilisation.
Quatre ‘Work Package’ interdépendants sont proposés autour de quatre partenaires académiques (ICMCBordeaux, IC2MPoitiers, IRCELYON, LCS-ENSICaen).
Le projet CORAL s’inscrit bien dans le Défi 3 lié à ‘Stimuler le renouveau industriel’ avec le développement de nouveaux catalyseurs hétérogènes pour la protection de notre environnement. De plus, ce projet colle idéalement avec les objectifs de l’orientation 14 : ‘Conception de nouveaux matériaux’.
Le groupe PSA en tant que constructeur automobile a un fort intérêt pour la recherche fondamentale dans ce domaine et en particulier les percées technologiques ciblées. En cas de succès, PSA sera sollicité pour valoriser les résultats du consortium CORAL et évaluer les catalyseurs innovants les plus efficaces dans des conditions réelles de fonctionnement.

La production et de la consommation de l’énergie durable sont l’un des principaux défis dans un proche avenir pour la France et l’Europe. La production de biocarburants fait partie de la solution pour parvenir à ces défis majeurs . Les biocarburants de deuxième génération (essence, diesel, etc.) utilisent tous les types de biomasse non comestible comme les déchets de biomasse ligno-cellulosique et les résidus organiques, ce qui les rend particulièrement attrayants.

Production de biocarburants propres, sûres et efficaces via la valorisation de la biomasse en hydrocarbures synthétiques sur des nouveaux nanocomposites métal-zéolite .

Les objectifs de ce projet portent sur :
-la préparation de nanoparticules métalliques uniformes, d’une taille et d’une composition contrôlées;
-la préparation des cristaux de zéolite hiérarchisés contenant des cavités et des macropores des tailles souhaitées ;
-le nanocasting de nanoparticules métalliques dans le système poreux secondaire de la zéolite ;
-l’encapsulation de nanoparticules métalliques dans les mésocavités de zéolite par une croissance secondaire de la structure de zéolithe.

Avec un pôle très fort en spectroscopie infrarouge (IR), mais aussi en RMN et en spectroscopie Raman, le LCS occupe une place unique dans le domaine de la dépollution automobile, dans la production d’énergie et dans le domaine des bioressources. Le projet DRUID vise à développer un nouveau type de spectromètre IR operando permettant d’atteindre une résolution temporelle particulièrement élevée afin de mieux comprendre les mécanismes réactionnels de dépollution catalytique.

Le projet e-CP (Electrothermal Chemical Processes) s’attaque à un grand défi de la transition énergétique : réduire les émissions de CO₂ associés aux procédés chimiques haute température, représentant une part importante de la consommation énergétique de cette industrie. Les procédés comme le vaporeformage du méthane (production d’hydrogène), le vapocraquage du naphta (production d’oléfines comme l’éthylène), ou encore la déshydrogénation du propane sont opérés à haute température (600–900 °C). La chaleur est fournie par la combustion (gaz naturel, coke). Cette approche entraîne plusieurs centaines de millions de tonnes de CO₂ émises chaque année. Atteindre les objectifs climatiques fixés à 2030 et 2050 implique de repenser ces grands procédés.

La solution proposée par e-CP repose sur une idée simple : remplacer la chaleur fossile (génératrice de CO₂) par de l’électricité décarbonée. Pour cela, le projet propose un nouveau type de réacteur : le réacteur fluidisé bouillonnant électrifié (EBFBR). Par effet Joule (principe appliqué pour chauffage des plaques de cuisson, échauffement des ampoules à incandescence), ce réacteur peut convertir l’électricité en chaleur au cœur même du lit de catalyseur. Les matériaux conducteurs utilisés (graphène, SiC conducteur, leurs combinaisons, et des composites catalytiques) remplissent un double rôle : ils assurent la réaction chimique tout en générant et répartissant la chaleur dans le réacteur. Cette approche supprime les déperditions thermiques liées aux parois chauffées, améliore la stabilité du procédé (évite les points chauds destructeurs) et rend le procédé compact et flexible. Un premier prototype, développé à l’ENSICAEN, a déjà confirmé la faisabilité de la technologie : 800 °C sont atteints de manière stable avec moins de 200 W d’énergie électrique, soit une performance inédite. Fort de cette preuve de concept, le projet propose un programme de recherche, pour confirmer le potentiel de la technologie, axé sur 4 axes :

• Concevoir des matériaux innovants combinant efficacité catalytique, conductivité électrique et résistance mécanique (granules composites à base de catalyseurs et de graphène/SiC).
• Tester expérimentalement le réacteur pour une série de réactions de complexité croissante (craquage de l’éthane, déshydrogénation du propane, vapocraquage, reformage du méthane).
• Développer des modèles prédictifs (électriques, thermiques et cinétiques) capables de simuler et contrôler le fonctionnement du réacteur dans des conditions industrielles réalistes.
• Évaluer l’impact global par des analyses énergétiques, économiques et environnementales, incluant une Analyse de Cycle de Vie (ACV) comparée aux procédés industriels actuels.

Le consortium réunit six laboratoires français (LCS, GREYC, UCEIV, IRCER, Pprime, LRGP) aux expertises complémentaires (chimie des matériaux, catalyse hétérogène, génie électrique et thermique, modélisation multiphysique, génie des procédés) et un acteur industriel majeur (TotalEnergies, garant de la pertinence et du potentiel de transfert vers le monde industriel). Les retombées attendues sont considérables :

• Une réduction potentielle de 50 % des émissions de CO₂ pour les procédés ciblés,
• Une contribution directe à la décarbonation des secteurs de la chimie et de la pétrochimie,
• Des technologies électrifiées modulaires et évolutives, compatibles avec les énergies renouvelables intermittentes,
• Une base scientifique et technologique ouvrant de nouvelles perspectives pour d’autres procédés chimiques (valorisation du CO₂, production d’ammoniac, hydrogénation sélective, etc.).

En inscrivant l’électrification au cœur des procédés chimiques de demain, e-CP s’intègre pleinement dans les priorités du PEPR SPLEEN et de la stratégie France 2030. Il contribue à préparer une industrie chimique plus propre, plus efficiente et plus compétitive, répondant à la fois aux enjeux climatiques et à la demande croissante en molécules essentielles pour l’énergie.

Projet E-SMR – AAP Energie@CNRS 2025

e-SMR est un projet de recherche visant à électrifier le procédé de reformage du méthane (SMR) pour produire de l’hydrogène à faible empreinte carbone. Actuellement, le reformage du méthane utilise la combustion de combustibles fossiles, ce qui génère des émissions importantes de CO₂. L’objectif est d’utiliser l’électricité, idéalement issue de sources renouvelables, pour chauffer le procédé, réduisant ainsi son empreinte carbone.

Le projet se concentre sur l’utilisation d’un réacteur à lit fluidisé bouillonnant électrifié (EBFBR) chauffé par effet Joule. Cette méthode permet de générer de la chaleur directement au sein du lit catalytique, améliorant ainsi l’efficacité thermique tout en réduisant les pertes d’énergie. En plus de limiter les émissions de CO₂, ce procédé permet de réduire la taille des réacteurs, facilitant une production décentralisée d’hydrogène.

Le projet comprend l’optimisation du lit catalytique, intégrant du biochar ainsi que des catalyseurs à base de nickel et de ruthénium. Le réacteur sera configuré pour maximiser les rendements d’hydrogène, avec un objectif de 50 g d’H₂/kWh, et garantir une stabilité de 100 heures

Évolution des Oxides de GALlium dans des zéolites de type MFI par des méthodes in-situ et OPERando

La transition énergétique conduit les industriels du secteur pétrolier à faire évoluer leurs procédés dédiés à la production de carburants vers celle de synthons tels que les oléfines légères et les aromatiques (BTX). Cette mutation nécessite en autre le développement des nouveaux catalyseurs bifonctionnels à base d’oxyde métallique et de zéolithes. Les zéolithes dopées par des métaux, et plus spécifiquement par du gallium, ont prouvé leur efficacité pour les réactions d’intérêts de déshydro-aromatisation d’alcanes légers. Les oxydes de gallium sont des espèces mobiles dont leur diffusion et réactivité vis-à-vis des hydroxyles de la zéolithe dépendent de la température et du caractère réducteur ou oxydant du milieu réactionnel. La quantification des coefficients de diffusion, des vitesses de réaction et de désactivation, complétée par la détermination de la nature et localisation des espèces de gallium au cours du cycle de vie du catalyseur (prétraitement/réaction/régénération) est indispensable pour le développement de catalyseurs idéaux dédiés à production de BTX.

Le projet GALOPER vise à fournir une vue complète de l’évolution des espèces de gallium dans une zéolithe MFI soumis à différentes atmosphères et à des températures élevées. L’étude repose sur la complémentarité entre l’utilisation de techniques in-situ et operando de pointe. Expérimentalement, GALOPER se concentrera sur les altérations dynamiques de la structure et des propriétés chimiques du gallium lors : (i) du prétraitement sous dihydrogène, (ii) de la conversion du propane et (iii) de la régénération sous air.

La stratégie proposée consiste à utiliser des techniques in-situ et operando complémentaires, telles que la TEM environnementale (ETEM), FTIR et la RMN. L’ETEM fournira des informations précieuses sur l’évolution de la microstructure (taille des nanoparticules, localisation et dispersion) avec une résolution atomique, alors que le spectroscopie FTIR donnera l’évolution des groupes hydroxyles. Les expériences in-situ et operando de spectroscopie avancée fourniront une représentation précise des processus physiques et chimiques se produisant sur les catalyseurs bifonctionnels Ga/MFI.

GENCOMM will address the energy sustainability challenges of NWE communities through the implementation of smart hydrogen-based energy matrixes. The project validates the maturity of hydrogen technologies by implementing 3 pilot plants that link the 3 main northwest European renewable sources (Solar Power, Wind Power, and Bioenergy) with energy storage and the main forms of energetic demand (Heat, Power and Transportation fuels). Based on the pilot plants; integrated technical and financial simulation models will be developed.  Together, both models will form a Decision Support Tool (DST) that provides a roadmap for communities to transition to renewable, hydrogen-based energy matrixes. The final goal of the project is, through the combination of sources and forms of demand, to lead NWE’s road to sustainability while granting hydrogen its position as a commercially viable energy medium for the future.

Quelques importantes réactions industrielles impliquent l’utilisation de catalyseurs avec une quantité adéquate de sites acides ou basiques de force ajustée pour donner sélectivement les produits désirés. La présence de sites de nature opposée (acides et basiques) sur la surface des catalyseurs de ces réactions en grève la sélectivité. Par exemple, la formation d’acétol à partir de glycérol est catalysée sur sites basiques, tandis que la déshydratation du glycérol en acroléine est favorisée sur sites acides, les deux produits étant toujours détectés en proportions variables lors de la conversion du glycérol. Dans ce projet, nous allons examiner une réaction d’une grande importance pour augmenter le potentiel de la chimie ex-biomasse : la synthèse des alcools de Guertbet, c-à-d la synthèse d’alcools lourds à partir d’alcools légers, laquelle implique, entre autres, des sites basiques. Cependant, quelque soit le catalyseur, les deux types de sites coexisteront invariablement et il est ainsi nécessaire de contrôler non seulement la force et la quantité des sites désirés (basiques) mais aussi le nombre, la force, l’action des sites non désirés (fortement acides). Dans ce contexte, il reste encore à acquérir de manière précise une grande quantité de données sur les sites acides et basiques des catalyseurs afin d’en optimiser adéquatement en retour la formulation et ainsi en améliorer la sélectivité. Les données acquises dans ce projet seront non seulement utilisées pour la synthèse de Guerbet, mais pourront aussi être profitablement transposées à toute réaction impliquant des fonctions acido-basiques. Progrès attendu: Le progrès scientifique va tout d’abord consister en la caractérisation poussée et complète des propriétés acido-basiques de diverses familles de catalyseurs en relation avec leur comportement catalytique. Conventionnellement, pour une réaction impliquant un type de sites (par ex. acides), les développements envisagés sont souvent limités à l’ajustement spécifique de ces sites et rarement à la limitation de l’action de leurs homologues de nature opposée (par ex. basiques) qui sont inévitablement présents. Le concept original développé dans ce projet considère concomitamment les deux types de sites, en une nouvelle approche rationalisée de l’optimisation des systèmes catalytiques. De plus, générer du propanol et de l’isobutanol à partir d’éthanol et de méthanol issus de la biomasse est une nouvelle et originale variante de la réaction de Guerbet, tout en étant d’un intérêt industriel majeur si l’on considère le contexte actuel de promotion de la chimie durable. Par ailleurs, un équipement de tests en parallèle possédant jusqu’à 8 réacteurs sera développé. Sa commercialisation à un prix d’environ 100 keuros (soit bien en dessous des prix du marché) est envisagée après démonstration de ses capacités dans le cadre de ce projet, afin de le proposer à la communauté scientifique. Principaux livrables: De nouveaux catalyseurs finement caractérisés et optimisés pour la réaction cible seront développés. A la fin de ces travaux, ces catalyseurs ainsi que les différentes familles de catalyseurs envisagées possédant diverses propriétés acido-basiques seront rendus disponibles comme matériaux de référence pour d’autres réactions catalytiques acido-basiques. Pour ce faire, une base de données rassemblant les propriétés de chaque catalyseur sera créée et disponible en ligne sur Internet. Cette base de données inclura les propriétés acido-basiques des catalyseurs associées à leurs performances dans les réactions sélectionnées, ainsi que leurs procédures de synthèse. Comme mentionné plus haut, les produits chimiques cibles issus de cette chimie de Guerbet innovante sont le propanol et l’isobutanol. De plus, la réaction de conversion du glycérol utilisée ici comme réaction test générera aussi des produits d’un grand intérêt industriel (acroléine et acétol) qui devraient déboucher sur des applications commerciales.

H2 est devenue l’une des sources d’énergie les plus prometteuses car elle réduit les émissions de CO2, améliore la qualité de l’air, réduit les importations de combustibles fossiles et les coûts et s’applique dans tous les secteurs. Cependant, l’hydrogène a une très faible densité, son transport et son stockage sécurisé sont extrêmement difficiles et coûteux. Dans ce contexte, les transporteurs d’hydrogène organique liquide (Liquid organic hydrogen carriers, LOHC) sont hautement souhaitables comme forme de stockage chimique de l’H2.

Récupération de H2 de basse qualité par hydrogénation LOHC – H2RECOVER

Le projet H2RECOVER vise à développer une approche innovante et économe en énergie pour la purification et le transport de l’hydrogène (H2) à l’aide de « Liquid Organic Hydrogen Carriers » (LOHC). Le projet s’attaque aux coûts élevés associés à la purification et à la compression de l’hydrogène, qui représentent jusqu’à deux tiers du coût de l’H2, ce qui constitue le principal obstacle à son adoption en tant que source d’énergie propre. Cependant, l’hydrogène impur et à basse pression (Raw-H2) est incompatible avec l’utilisation finale existante de l’H2. Ainsi, le projet explore le potentiel des LOHC, une technologie de transport de l’hydrogène, pour utiliser le Raw-H2 dans l’hydrogénation, en évitant le besoin d’hydrogène pur à haute pression, traditionnellement requis, et en fournissant un LOHC riche en hydrogène prêt au transport, qui serait toujours capable de produire de l’H2 pur lors de la déshydrogénation.
Le cœur de H2RECOVER est le développement de catalyseurs d’hydrogénation à basse pression résistants à l’empoisonnement, basés sur des particules métalliques encapsulées dans des structures zéolitiques. Ces catalyseurs facilitent le épendage d’hydrogène (HSP, Hydrogen Spillover), un mécanisme qui permet l’hydrogénation sélective des LOHC tout en empêchant l’empoisonnement du catalyseur par des impuretés courantes telles que le H2S et le CO. En outre, le projet explore la technologie des liquides poreux, qui améliore la solubilité de l’H2 dans les LOHC, ce qui permettrait de réduire les exigences de pression pour une hydrogénation efficace.
Le projet est divisé en cinq « work packages » (WP), trois scientifiques (WP2 à WP4), un de coordination (WP1) et un autre axé sur la diffusion des résultats du projet (WP5). Le WP2 se concentre sur les principes fondamentaux de l’hydrogénation par HSP, dans le but de trouver les propriétés critiques pour maximiser le HSP dans les zéolites. Le WP3 étudie le rôle des liquides poreux dans l’amélioration de l’absorption d’hydrogène dans le LOHC et son impact sur l’hydrogénation. Le WP4 intègre les données expérimentales des WP2 et WP3 avec des simulations de dynamique moléculaire pour créer un modèle cinétique complet du système visant à identifier les étapes limitantes de la technologie.
Le projet rassemble des équipes de recherche de premier plan de l’IRCELYON (CNRS), du LCS (ENSICAEN) et de l’ENS de Lyon (ENS), garantissant une expertise en catalyse, en science des matériaux et en modélisation informatique. Les résultats de H2RECOVER devraient faire progresser de manière significative la technologie LOHC, ouvrant la voie à des solutions de transport d’hydrogène rentables et évolutives, avec des applications directes dans le secteur des énergies renouvelables.

Ce projet sera réalisé au Laboratoire Catalyse et Spectrochimie (LCS), un laboratoire spécialisé dans la synthèse, la préparation et la caractérisation avancée des zéolithes pour des applications potentielles émergentes. L’ajout de cet appareil de synthèse au parc d’outils scientifiques déjà présent au laboratoire revêt une importance capitale car il permettra non seulement une synergie accrue et optimisée entre les différentes équipes du laboratoire mais permettra également au LCS d’affirmer sa position d’acteur majeur de la science des matériaux du futur sur la scène Française, Européenne et Mondiale. Il est primordial de continuer d’innover pour toujours proposer de meilleurs matériaux qui seront plus efficaces tout en étant plus respectueux des ressources naturelles avec un impact amoindri voir nul sur l’environnement.

The next few decades are likely to witness a gradual shift from an economy strongly based on crude oil to more diverse sources of energy and chemicals. Hydrocarbons, obviously remain essential for many areas of chemistry. However, synthetic hydrocarbons can be derived from methanol and ethanol via the so-called METH (Methanol/Ethanol to Hydrocarbons conversion) processes. The implementation of an economically-viable methanol economy will however depend on the development of new or improved catalytic processes and more efficient catalysts.

The main objective of the « HiZeCoke » project is to understand the detailed relationships between the textural and acidic properties of hierarchical porous zeolites and their catalytic performances, in particular the resistance to deactivation by carbonaceous deposits. The modeling of the activity of hierarchical porous materials and their mode of deactivation is of paramount importance for a rational design of improved METH catalysts.

This important topic is currently studied by many foreign groups and a few papers have recently been published on this subject. However, the overall understanding of the properties of such materials is still very sketchy. A number of key questions remain to be answered, for instance:
• Is the catalytic activity improvement a mere consequence of the mesoporosity created?
• What is the effect of the synthesis or post synthesis procedures on the nature, quantity and location of defects in zeolite framework (silanol nests, extra-framework Al, distribution of Al between the micro- and mesoporous networks …)?
• What is the role of the external and mesoporous surfaces on the performances?
• What is the relative role of the mesopores on the coke formation and its nature?
• How is the adsorption and diffusion of reactants/products affected by the newly created mesoporosity ?
• To which extent is there a modification of the acidic properties (concentration, strength, location) during the creation of mesopores?
• How many active sites are working during the catalytic reaction on the various catalysts?
• Is it possible to control and engineer the size of the mesopore in post synthesis treatments like desilication?

Designing model materials with controlled external surface activity and active sites distribution will help to answer these crucial questions. Namely, we will have to provide a clear distinction between external (i.e., formed in the mesoporous or external crystal surface) and internal coke (inside the micropores) and their relative impact on the performance of the catalyst. This will result in a further improvement of the catalyst performances (time on stream, conversion and selectivity). In the course of the project, we expect that catalytic testing, coke analysis and combined spectroscopic approaches to understand the origin of catalyst deactivation will greatly help designing efficient, stable and selective catalyst for METH reactions.

LEADER : : Electrified Ebullated Bed Reactor

L’industrie de la pétrochimie et du raffinage s’attaque aux principaux défis du 21ème siècle en contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre de 130 sites de raffinage en Europe. Un des moyens envisagés consiste notamment en l’intensification des procédés en concevant des procédés plus compacts via leur électrification. Ce changement de paradigme technologique, notamment en développant des réacteurs catalytiques à lit bouillonnant (ou mobile) chauffé électriquement, permettra de contribuer à la décarbonation de cette industrie très émettrice en gaz à effet de serre.
Les réacteurs à lit bouillonnant électrothermique ont été mis en œuvre pour la production de graphite, et ont atteint un niveau de maturité technologique de 5 (TRL=5). Le chauffage est possible en raison de la conductivité électrique du graphite. ; il joue le rôle de résistance électrique interne libérant ainsi de la chaleur par effet Joule. Pour une application en catalyse hétérogène, le matériau constituant le lit catalytique est plus complexe avec un mélange, plus ou moins intime, de matériau conducteur avec un catalyseur. Dans ce projet nommé LEADER, le matériau composite est une zéolithe mélangée à un biochar issu de la pyrolyse de déchets de la biomasse.
La technologie avancée des réacteurs à lit bouillonnant (ou mobile) électrothermique appliquée aux réactions endothermiques pourrait reformater le secteur de l’industrie pétrochimique. Cette technologie pourrait ainsi être mise en œuvre pour les réactions de craquage des hydrocarbures. La réaction modèle pour évaluer les performances énergétiques, catalytiques et environnementales de cette technologie d’avenir est le craquage du n-butane.

A major challenge facing European industry involves the development of more specific, energy saving processes with less environmental impact. The recent development of Metal Organic Frameworks (MOFs) may prove a major milestone in achieving these goals. MACADEMIA project is an extension to an FP6 STREP (DeSANNS) which highlighted some MOF materials for CO2 capture and storage. It will expand and continue this work on a much larger scale. The three Total branches will focus on bringing MOFs to key market sectors – gas separation and storage, liquid separation and catalysis. The Total-led consortium, with 11 academic partners from across EU, one leading South Korean partner, among world leaders among their particular domain of MOF science, will be contributing to the project, with a dedicated management partner. MACADEMIA intends to produce new MOFs and optimise those already of promising interest, characterise MOFs using specialised techniques, test MOFs using a three-tiered process, use predictive modelling and demonstrate the use of MOFs in key industrial processes. It will target separation processes in gas / vapour phase (propene/propane, acid gases separation, CO2 and H2 purification), in liquid phase (xylene separations, recovery of N- and/or S-compounds from hydrocarbons), and in catalysis (Lewis-acid MOFs as catalysts for epoxide polymerization, redox-active MOFs as catalysts for hydrocarbon autoxidation). Several of MACADEMIA’s targets are expected to reach pilot scale whereas a blue sky approach will be taken for others giving room for innovation and step change. An attractive project, it is open to young researchers with industrially coordinated research to counterbalance competition from USA and Japan and able to contribute to a strong ERA.

Méthodologie d’apprentissage machine pour la simulation accélérée et prédictive à l’échelle atomique de la transformation de molécules biosourcées.

Power supply and carbon-intensive industries (cement, steel, limestone, petrochemical and chemical plants and waste incinerator) account for a large share of CO₂ emissions. Carbon capture utilisation and storage (CCUS) is one of the only technology solutions that can significantly reduce emissions from these key industrial processes (all of which will remain vital building blocks of modern society) as well as in coal and gas power generation and deliver the deep emissions reductions needed across. Several technologies at different levels of maturity and performances exist for the capture of carbon dioxide, e.g. oxy-fuel combustion, chilled ammonia technology, adsorptive processes, calcium looping, etc.

From this capture step, the conversion of CO₂ to useful chemicals and fuels is a promising strategy to close the anthropogenic carbon cycle and thereby to reduce CO₂ emissions. Various processes exist, depending on the targeted chemical or fuel, they all are quite demanding either in terms of materials used, in case the catalysts are removed and changed regularly, or of energy consumed, for operating the electro-catalysis of the chemical process. Therefore, there is a huge interest in looking into decarbonised and sustainable ways to make CO₂ a utilisable material for useful fuels, and artificial photosynthesis is one of them. Obtaining a chemical with high industrial uses but currently mostly produced from fossil fuels transformation, such as methanol, is a way to cut both the carbon emissions of the abovementioned carbon-intensive industries as well as the emissions due to the usual production of the chemical.

METHASOL has the ambition to make CCUS a reality for a more sustainable future.

Un travail de caractérisation structurale multi-échelle des différentes phases présentes dans le catalyseur industriel utilisé pour la conversion du butane en anhydride maléique a été mené dans le cadre du projet MOSAIC. Nous avons souhaité élucider les effets dynamiques suspectés dans différentes phases constitutives du catalyseur dans les conditions de travail. À cette fin une combinaison de diffusion des rayons X et d’expériences de RMN du Solide dans des conditions operando a été développée.

Compréhension de l’évolution des phosphates de vanadium pendant le procédé catalytique d’oxydation du butane en anhydride maléïque

Les différentes phases phosphates de vanadium présentes dans le catalyseur utilisé industriellement dans la conversion du butane en anhydride maléique sont toujours très étudiées. L’efficacité du catalyseur est généralement attribuée aux propriétés redox du vanadium. En relation avec les degrés d’oxydation cités, différents composés sont observés : (VO)2P2O7, constituant majoritaire du catalyseur, ainsi que plusieurs polymorphes de VOPO4. Jusqu’ici, les caractérisations du catalyseur ont été principalement faites sur la surface des matériaux ce qui est une approche classique en catalyse hétérogène. Cependant, il a été récemment démontré que certaines propriétés du matériau dans sa globalité changent si le matériau est activé catalytiquement. Nous avons donc souhaité par ce projet améliorer la connaissance structurale des phases cristallines présentes durant le processus catalytique pour apporter des explications sur l’origine de l’activité de ces phases. <br />Même si la structure des différentes phases présentes dans le catalyseur a été décrite dans la littérature, à partir de données classiques de diffraction des rayons X, les modèles structuraux proposés sont souvent discutables. La plupart des composés présentent un certain degré de désordre ainsi que des effets microstructuraux qui ne peuvent être décrits avec précision en utilisant uniquement la diffraction des rayons X sur poudre conventionnelle. Nous avons donc entrepris de croiser les informations structurales acquises par RMN du solide et par diffraction des rayons X sur des phases pures afin d’améliorer leurs descriptions structurales. Enfin, exception faite de (VO)2P2O7, les transformations structurales en fonction de la température n’étant pas vraiment documentées, nous avons réalisé un certain nombre d’études à températures variables et sous atmosphère contrôlée pour finalement approcher les conditions catalytiques, approche qui n’avait jamais été réalisée auparavant.

Le présent projet porte sur le développement technologique de nouvelles formulations performantes de matériaux catalytiques nanodispersés et nanostructurés pour la chimie de spécialités (à partir de carbone renouvelable) et l’environnement.

Des études préliminaires réalisées par certains partenaires de ce projet ont montré que des systèmes simples ou mixtes (contenant Ln ou Mg) dispersés et/ou supportés en surface d’un oxyde nanostructuré (mésoporeux) se révèlent être particulièrement intéressants pour les applications visées.

Le premier objectif de ce projet concerne donc l’élaboration par des méthodes de préparation originales de matériaux nanostructurés stables, en portant une attention particulière au contrôle de la dispersion des sites basiques actifs et de la surface des solides à l’échelle nanométrique, de manière à conduire à une sélectivité totale.

En outre, afin que certains des solides préparés à l’échelle du laboratoire puissent trouver des applications catalytiques dans des conditions acceptables industriellement, la transposition des synthèses des nanopoudres les plus performantes à l’échelle pilote, ainsi que leur mise en forme, constituera une partie importante de ce projet.

En effet, la transposition des préparations à grande échelle et une mise en forme appropriée des matériaux doivent être réalisées sans modification de leurs propriétés intrinsèques. Nous prévoyons également d’étudier la conception d’un nouveau réacteur catalytique à l’échelle pilote pour les applications envisagées.

Par ailleurs, la caractérisation approfondie des propriétés de surface des catalyseurs synthétisés par l’ensemble des partenaires et la compréhension du mode d’action de ces solides seront déterminantes. De telles analyses (porosité, dispersion et localisation de la phase active, propriétés acido-basiques,…) à l’échelle nanométrique sont absolument nécessaires afin de valider les formulations de catalyseurs (reproductibilité des préparations) et de corréler les caractéristiques intrinsèques des solides nanostructurés à leurs performances catalytiques.

Ces matériaux élaborés et mis en forme seront évalués dans des conditions les plus représentatives de réactions de conversion sélective du Glycérol en dérivés à haute valeur ajoutée (monoglycérides, polyglycérols, esters de polyglycérols, carbonate de glycérol).

Le glycérol est le coproduit de la méthanolyse ou de l’éthanolyse des huiles végétales, réactions mises en œuvre pour l’obtention de BIOCARBURANTS. Compte tenu de l’accroissement de la production de biocarburants, celle de glycérol pourrait atteindre plus de 1,2 millions de tonnes en 2010, alors qu’elle n’était que de 800 000 tonnes en 1998.

De ce fait la multivalorisation du glycérol doit donc être assurée de façon à conforter la balance économique de la filière biocarburant. – Les productions envisagées à l’échelle européenne de tous ces composés à haute valeur ajoutée sont de l’ordre de 10 à 50000 tonnes/an.

Le recyclage et la conversion du CO2 en carburants plus écologiques grâce à la catalyse du plasma

Il est essentiel de réduire les émissions de CO2 afin de ralentir le changement climatique, mais ce processus prend du temps pour toutes sortes de raisons. Capter le CO2 émis représente une autre solution pour diminuer les émissions qui atteignent l’atmosphère. Recycler ce CO2 est encore mieux. Les plasmas froids sont des gaz faiblement ionisés dotés d’une petite proportion d’électrons très énergétiques capables d’initier des réactions chimiques avec peu d’énergie. Associer des plasmas à des catalyseurs permettra d’accélérer la cinétique des réactions afin de surmonter les obstacles actuels. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet PIONEER développe des systèmes de couplage plasma/catalyse innovants pour convertir le CO2 en hydrogène, en méthane, en éthanol ou en méthanol.

L’ammoniac est un ingrédient clé des engrais et un composant essentiel dans la production de produits chimiques (urée, sels d’ammonium, etc.), avec une production mondiale de plus de 220 millions de tonnes par an. Grâce aux progrès réalisés dans la production d’hydrogène par électrolyse, l’ammoniac est désormais considéré comme un vecteur de transport de l’hydrogène en raison de sa densité énergétique élevée (5,2 kWh/kg) et de sa forte teneur en hydrogène (17,6 % en poids), ainsi que du fait qu’il est facile à décomposer et à récupérer.

Actuellement, plus de 96 % de l’ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch, un procédé énergivore nécessitant des conditions sévères (T > 500°C, P > 150 bar). Ce procédé représente 2,4 % de la consommation mondiale de combustibles fossiles, avec une empreinte carbone annuelle de 1,2 % des émissions mondiales de CO₂.

Le projet PROMIZE se consacre au développement innovant de matériaux hybrides zéolithe/MOF-polymère par le biais d’une nouvelle approche de photopolymérisation. Sa mission principale est de concevoir des membranes hybrides à matrice mixte (MMM) avancées qui sont mécaniquement, thermiquement et chimiquement stables, offrant des solutions rentables et performantes pour l’élimination du CO2 et la purification des gaz riches en CH4 et en H2. Ces objectifs se basent sur la réalité des conditions industrielles, souvent ignorées. PROMIZE utilise une approche multidisciplinaire, incorporant des stratégies de synthèse innovantes telles que les nanozéolithes sans agent structurant et les MOF les plus prometteurs alliées à la caractérisation avancée des matériaux complexes. Il vise à (i) concevoir des MMM hybrides innovantes et optimisées en termes de capacité, sélectivité et efficacité en séparation, (ii) utiliser des outils de caractérisation avancés pour obtenir des données très précises et fiables à l’échelle du laboratoire, (iii) évaluer les performances de séparation et le comportement mécanique dans des conditions réalistes, en établissant des marqueurs clairs, et (iv) rationaliser le trilemme synthèse-propriétés-performance. Ce projet introduit un nouveau procédé de photopolymérisation qui permet d’accélérer la préparation des membranes, de contrôler précisément leurs dimensions, de former des multicouches et de varier leur épaisseur. Cette innovation a le potentiel pour révolutionner la préparation des membranes et élargir leur utilisation industrielle. PROMIZE opère à deux niveaux, avec une preuve de concept éprouvée à l’échelle du laboratoire et une stratégie multidisciplinaire hautement complémentaire. PROMIZE s’inscrit dans le cadre des efforts mondiaux visant à faire progresser les processus de séparation, en s’attaquant à la production de gaz purs et à l’atténuation des gaz à effet de serre, tout en favorisant une efficacité énergétique et une durabilité accrues

Pyrolyse catalytique des solides – Pycasso

Ce projet porte sur la pyrolyse catalytique de la biomasse pour produire des composés aromatiques (de type p-xylène, toluène, etc.).

Nous proposons de développer une méthodologie pour sélectionner les catalyseurs les plus robustes et les plus sélectifs. Différents catalyseurs seront testés dans des conditions représentatives de la pyrolyse catalytique en lit fluidisé double (LFD).

Nous caractériserons leur stabilité en termes de dépôt de coke et régénération, dépôt de minéraux, attrition, etc.

Un nouveau réacteur LFD sera construit à l’échelle laboratoire. Sa conception prendra en compte les vitesses apparentes de la pyrolyse de la biomasse et de l’oxydation du carbone et l’hydrodynamique des particules. Le bilan matière obtenu sera inclus dans un modèle sous Aspen Plus du procédé.

Un bilan matière et énergie d’un procédé sera déterminé sous Aspen Plus. Une pré-étude économique permettra de guider un éventuel développement d’un démonstrateur.

RCBE – Réacteur à lit bouillonnant électrothermique

L’industrie de la pétrochimie et du raffinage s’attaque aux principaux défis du 21^ème siècle en contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre de 130 sites de raffinage en Europe. Un des moyens envisagés consiste notamment en l’intensification des procédés en en concevant des plus compacts via leur électrification. Ce changement de paradigme technologique, notamment en développant des réacteurs catalytiques à lit bouillonnant chauffé électriquement (RCBE), permettra de contribuer à la décarbonation de cette industrie très émettrice en gaz à effet de serre.

Le développement de la technologie des RCBE appliquée aux réactions endothermiques de craquage pourrait ainsi éviter de consommer des combustibles fossiles pour la production de chaleur et contribuer ainsi à la transition vers une économie bas-carbone.

Le but de ce projet est de mettre en œuvre un chauffage par effet joule en électrifiant un lit catalytique bouillonnant composé d’un mélange d’un matériau conducteur (le graphène) et d’une zéolithe et d’en évaluer les performances électrique, thermique et énergétique lors du craquage du n-butane.

Analyse en temps réel par spectrométrie de masse haute résolution pour l’optimisation de la pyrolyse catalytique de la biomasse

Les énergies fossiles, le pétrole notamment, ont un impact sur notre environnement. Le rejet de gaz à effet de serre qu’elles induisent contribue au réchauffement climatique actuel. Des énergies neutres en carbone, doivent être développées. La production d’électricité d’origine nucléaire, solaire, hydraulique ou éolienne contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre mais ne répond que partiellement à la demande énergétique. Certaines de ces solutions sont également, à l’origine de problématiques environnementales et ne peuvent pas totalement se substituer à l’utilisation du pétrole. En effet, le pétrole est également une source de matière première. La pyrolyse de la biomasse permet d’accroitre le potentiel en énergie renouvelable et constitue une source alternative de composés hydrocarbonés pour l’industrie. Par pyrolyse, du CH4 (alternative au gaz naturel), du H2 (filière hydrogène), des bio-huiles et des bio-charbons sont produits. L’enfouissement des bio-chars permettra la séquestration d’une partie du CO2 atmosphérique (bilan négatif vis-à-vis du réchauffement climatique). Les bio-huiles contiennent une large variété de composés organiques principalement oxygénés. Pour vitalisation la filière bioraffinerie, de nouveaux catalyseurs de désoxygénation sont nécessaires pour fournir après pyrolyse catalytique et raffinage, carburants et composés chimiques à forte valeur ajoutée. Afin d’intensifier la recherche de ceux-ci, REALYTIC développera une librairie de catalyseurs et réalisera en haut débit des tests de pyrolyse catalytique de la biomasse. A cette fin, nous développerons un dispositif combinant pyrolyse et analyse on-line des produits de pyrolyse par spectrométrie de masse pour réaliser un screening rapide de catalyseurs de désoxygénation et identifier les plus efficaces. La validation de cette approche sera réalisée par comparaison des résultats obtenus avec la composition de bio-huiles produites par pyrolyse sur lit fluidisé.

The EU’s climate transition demands sustainable practices across all sectors, including Cultural and Creative Industries (CCIs). CCIs rely on high-energy systems to regulate pollutants like VOCs, NOx, and H₂S, essential for preserving cultural artifacts. However, traditional indoor air quality solutions often lack efficiency and sustainability. There is a critical need for innovative approaches that meet conservation standards while being environmentally, socially, and economically viable.

SIMIACCI will introduce a portfolio of innovative technologies to transform indoor air quality management. This includes advanced adsorbent materials (Metal-Organic Frameworks) to capture harmful pollutants, predictive models and sensors for real-time monitoring and optimization, modular air quality control systems, and new business models integrating economic, environmental, and social strategies.

SunToChems’ project that aims, via a multidisciplinary team of Postdocs and research engineers, to develop a new approach for building a multi-components photocatalysts system by self-assembling molecular approach. The key of the success of SuntoChem project will be ensured by the combination of the molecular modeling with the experimental investigations at different time scales. The combination of modelling with synthesis strategy and advanced characterization, is therefore the guidelines of my group to design a new generation of sustainable artificial photosynthesis catalysts with enhanced performance. The first results of the project are very promising, showing e.g. the advantages of the preparation of the organometallic complexes based photocatalysts on zeolite (shell/core type form) for enhancing photocatalytic reduction of CO2. Zeolite nanoparticles play as an active support to concentrate the reactant (CO2/H2O) and immobilize the photocatalyst. A demand of patent for protecting the building block monomer-based ligands, synthesized for preparing the catalysts is in preparation by the CNRS. On another hand, the self assemblig of the Photosensitizer with a cocatalyst can shorten the energy/charge transfer enhancing then the overal yield of the photocatalytic reaction of CO2. The results obtained from this project will serve for designig self-assembled multi-compenent systems combining photocatalysts moitey for OWS and other for CRC.

Le projet TAR-G-ED concerne l’étude de la photo-activation par voie plasmonique de la réactivité chimique de molécules confinées dans des films minces zéolithiques fonctionnalisés par des nanoparticules (NPs) métalliques. Plus spécifiquement, le projet portera sur la réactivité de molécules d’intérêt environnemental ou pour la chimie des énergies renouvelables.

Ce projet porte sur la pyrolyse catalytique de la biomasse pour produire des composés aromatiques (de type p-xylène, toluène, etc.). Nous proposons de développer une méthodologie pour sélectionner les catalyseurs les plus robustes et les plus sélectifs. Différents catalyseurs seront testés dans des conditions représentatives de la pyrolyse catalytique en lit fluidisé double (LFD). Nous caractériserons leur stabilité en termes de dépôt de coke et régénération, dépôt de minéraux, attrition, etc. Un nouveau réacteur LFD sera construit à l’échelle laboratoire. Sa conception prendra en compte les vitesses apparentes de la pyrolyse de la biomasse et de l’oxydation du carbone et l’hydrodynamique des particules. Le bilan matière obtenu sera inclus dans un modèle sous Aspen Plus du procédé. Un bilan matière et énergie d’un procédé sera déterminé sous Aspen Plus. Une pré-étude économique permettra de guider un éventuel développement d’un démonstrateur.

VALOPLAST project aims to develop bifunctional zeolite catalysts with extra-large pores for plastic wastes upgrading. These solid wastes currently represent a major ecological challenge due to their non-biodegradability. Meanwhile, the demand for hydrogen, a clean energy carrier, continues to grow in response to the energy needs of our society as it gradually moves towards decarbonizing energy sources to reduce the greenhouse gas emissions and mitigate global warming.
There are numerous methods for plastic wastes upgrading, such as mechanical recycling, pyrolysis, gasification, and other unconventional alternatives like photo and bio-microbial degradation. Among these methods, catalytic pyrolysis using zeolite catalysts is garnering increasing interest and is widely studied in the literature.

Recently, new zeolitic structures with extra-large pores that surpass the conventional porosity size of zeolites have been discovered; examples include ZEO-1 with a channel opening of 1.4 nm and ZMQ-1 with a channel opening reaching up to 2.3 nm. These new structures could serve as more effective and selective catalysts for plastic upgrading.
The main objective of this project involves developing new bifunctional catalysts based on ZEO-1 and ZQM-1 for producing hydrogen and value-added hydrocarbons from plastic wastes.

The catalysts prepared in LCS will be thoroughly characterized using classical and advanced characterization methods available at LCS (XRD, TGA, Nitrogen sorption, solid state NMR, IR, etc…) before being studied in plastic pyrolysis. Polyethylene and polypropylene will be chosen as model molecules before moving to real feedstocks tests.

What if you could 3D-print a catalyst that turns methane, a harmful greenhouse gas when released into the atmosphere, into high-value products and efficiently made hydrogen fuel? All of this is now possible and, importantly, inexpensive thanks to ZEOCAT-3D’s breakthrough technology.

The EU-funded ZEOCAT-3D project developed a new technology for directly converting methane into high-value aromatic compounds – benzene and naphthalene – and hydrogen. The new process can more efficiently convert methane from stranded sources into shippable liquid fuels and could also help the industry reduce greenhouse gas emissions.

An alternative, single-step gas-to-liquids process

The conversion of methane – the principal component of natural gas and biogas – to fuels and starting materials for the chemical industry is called gas-to-liquids. Most technologies involve converting methane and carbon dioxide into a mixture of hydrogen molecules and carbon monoxide, so-called syngas. From syngas, various products such as olefins, gasoline, diesel and oxygenates can be obtained using the well-established Fischer-Tropsch process. Alternatively, syngas can be converted into synthetic fuels and other important products through methanol-to-gasoline or methanol-to-olefin processes. “These commercial approaches are feasible at large scales but involve multiple steps for methane conversion. Until now, no direct processes have been developed at an industrial scale and commercialised,” remarks project coordinator Maria Tripiana. What’s more, syngas conversion is energy-intensive and expensive, while oxygen needs to be removed from syngas before being converted into hydrocarbons. “In ZEOCAT-3D, we proposed a more viable and environmentally friendly method for methane conversion that eliminates intermediate steps. We used a chemical reaction called dehydroaromatisation that directly converts methane into aromatic compounds and hydrogen,” explains Tripiana. “As alternatives to oil, benzene and naphthalene are very interesting raw materials for the production of liquid fuels and high-value chemicals. Furthermore, hydrogen is extracted as a coproduct, which could serve for ammonia production or in fuel cells.”

The keys to success: 3D-printed catalysts and advanced reactor design

Existing catalysts used to speed up methane dehydroaromatisation are not very efficient. ZEOCAT-3D’s novel catalysts tackled two big challenges standing in the way of this chemical reaction: difficulty in obtaining the desired high-value compounds as unwanted by-products are often formed (poor selectivity), and quick catalyst deactivation owing to carbon deposition in the catalyst pores, a process known as coking. “Using hierarchical modelling and simulations, we showed that if you control the nanoparticle size, morphology and degree of agglomeration, coking is no longer a threat,” stresses Tripiana. “In our case, we used digital light processing to synthesise 3D zeolites with higher catalytic activity. We were the first to demonstrate novel hierarchical zeolites embedding four distinct pore structures. Bringing together two or more zeolite pore topologies at the mesoscale offers the opportunity to optimise nanoparticle transport and selective conversion of reaction intermediates,” adds Tripiana. The catalytic reactor prototype integrated a purification system yielding methane above 95 % purity, a hydrogen-selective ceramic membrane and a filtration system removing particulates entrained in the product flow (either carbonaceous or ash). This compact, modular reactor now treats 4 normal litres per minute of gas flow and produces 40 grams per hour of high-value products. ZEOCAT-3D provided new insights into the design of highly efficient catalysts and reactors for the production of valuable products, potentially reducing greenhouse gas emissions, which could be a building block for a sustainable circular economy. ZEOCAT-3D outcomes will guide future projects in bringing the proposed technology to a higher maturity level.

Le projet ZEOMETHYL se propose de mesurer par des moyens laser la concentration en hydrogène dans des zéolites et des métaux préalablement chargés. La solution retenue consiste à irradier le
matériau par une impulsion laser énergétique de type picoseconde afin de créer un plasma induit par laser et d’en faire l’analyse spectroscopique. Cette méthode est appelée Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Ces matériaux sont parfois hydrophiles. Afin d’éviter une contamination qui limiterait l’estimation correcte des propriétés de rétention propres de l’hydrogène, l’idée est de réaliser une sonde embarquée permettant de réaliser cette analyse in situ à l’aide d’un dispositif fibré.
Les deux partenaires du consortium CORIA et LCS travailleront conjointement sur le projet. Le CORIA mettra en œuvre la méthode de mesure adaptée pour être fibrée et le LCS préparera et analysera par des moyens alternatifs des échantillons spécifiques. Le dispositif fibré sera déplacé au LCS et des mesures in situ réalisées. Une comparaison finale aura lieu entre les résultats LIBS et ceux issus de la mise en œuvre des méthodes de mesure classiques.

Zeoplast is a green project focusing on preparing metallic-functionalized zeolite- based catalysts for hydrogen production from plastic waste disposals. The project aims to produce a green energy gas carrier, hydrogen and the side product will be carbon black, from plastic wastes disposals. These latter represent tremendous ecological problems nowadays for our society since they are unfortunately not biodegradable. At the same time, the residual materials which is carbon black have also a commercial value as it is used in different daily applications (green tires, building insulation, etc.). As a first step, two different types of zeolite will be home made under two different forms (micron- and nano- sized): ZSM-5, BEA. Commercial USY samples with different Si/Al ratios will also be employed in the study. In addition to their role as acid catalysts, ideal for plastic cracking and reforming, the zeolites will be the support for finely disperse and immobilize metal particles necessary for the dehydrogenation reactions. The second step include the metal incorporation in the zeolite matrix. Three different types of metal will be investigated: Pt, Fe, and Ni. The incorporation of the metal will be performed using two different methods: i) in situ synthesis, and ii) recipient wetness impregnation. The catalysts will be characterized in detail using a set of complementary techniques such as XRD, SEM, TEM, sorption analyses, ATG/ATD, and IR, Raman and solid-state NMR spectroscopies. In the third step the set of elaborated catalysts will be first tested (for screening and optimization) in the reforming of commercial polyethylene/polypropylene pellets, the two major components of plastic wastes, and then on real waste disposal