Contexte.
Dans le cadre de la transition énergétique du secteur aérien, la production de carburants d’aviation durables (SAF) représente un enjeu stratégique majeur. La règlementation européenne Re-Fuel EU Aviation impose une incorporation progressive et obligatoire de SAF dans les carburants utilisés pour l’aviation, et en particulier de e-SAF.
Une des voies de production de e-SAF se base sur la conversion directe de CO2 et d’hydrogène issue d’électrolyse de l’eau. Cette voie de synthèse, encore très peu mature, présente une problématique importante : le rendement en hydrocarbures ayant la longueur de chaîne compatible avec les combustibles d’aviation (entre 8 et 16 atomes de carbone) est très faible, en raison des basses conversions et sélectivités obtenues.
Cette synthèse inclut deux étapes de réaction :
Réaction de Reverse Water-Gas Shift (RWGS) : CO2+H2⇄CO+H2O
Réaction de Fischer-Tropsch (FT) : CO+2H2⇄1/n(-CH2)n+H2O
Ces deux étapes de réaction produisent de l’eau qui peut limiter l’avancement de la réaction pour deux raisons : d’une part, la réaction RWGS est limitée par l’équilibre thermodynamique et la production d’eau contribue à atteindre cet équilibre ; d’autre part, l’eau peut accélérer la désactivation du catalyseur. [1]
Il semble donc que le retrait de l’eau produite pendant la réaction pourrait avoir un effet bénéfique sur les performances, car ça contribue à déplacer l’équilibre de la RWGS vers une conversion de CO2 plus élevée et à ralentir la désactivation du catalyseur. Si cela a déjà été démontré par des études de simulation [2], aucune étude expérimentale existe pour démonter l’impact réel du retrait de l’eau sur la conversion, ainsi que sur la sélectivité.

Objectifs et déroulement du stage.
Le sujet du stage porte donc sur la compréhension de l’effet du retrait de l’eau sur la conversion et la sélectivité de la réaction, par une étude expérimentale. Afin d’évaluer ces effets, plusieurs catalyseurs seront caractérisés dans un réacteur tubulaire, en simulant expérimentalement le retrait d’eau. Ces essais permettront de comprendre si, et comment, la sélectivité de la réaction est déplacée par le retrait de l’eau.
Le stage se déroulera au CEA/LITEN à Grenoble, au sein du Laboratoire Réacteurs et Procédés.
Le stage comprendra les étapes suivantes :
1) Réaliser un état de l’art sur le rôle de l’eau et les effets de son retrait pour la conversion de CO2 sur des catalyseurs à base de fer
2) Contribuer à la définition d’un plan de tests expérimentaux permettant d’étudier l’impact du retrait de l’eau sur la sélectivité et la conversion, dans une gamme de conditions opératoires suffisamment large
3) Réaliser les essais expérimentaux définis, pour différents catalyseurs, avec et sans retrait d’eau
4) Analyser les échantillons gazeux et liquides (par gaz-chromatographie) et interpréter les résultats.

[1] Z. Li et al., Chem. Eng. J., 420, 2021
[2] S. Najari et al., Int. J. Hydrog. Energy, 44(45), 2019

Diplôme préparé : Bac +5 – Master 2

Compétences scientifiques : Génie des procédés/génie chimique, manipulation de réacteurs catalytiques et de catalyseurs solides, manipulation de produits chimiques liquides (hydrocarbures), manipulation de gaz sous pression. Une expérience préalable sur des projets expérimentaux et une connaissance des méthodes analytiques (GC) seront un plus.