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ANR PLASINTER
- ANR PLASINTER
Présentation du projet
L’ambition du projet PLASINTER est d’étendre les connaissances sur la manière dont la structure et la chimie d’un catalyseur modifient la réaction d’hydrogénation du CO2 lorsque cette dernière est soumise à une activation sous plasma non thermique.
Le plasma non thermique (NTP) a maintenant prouvé son potentiel dans une large gamme d’applications, dans divers domaines comme l’énergie, la dépollution de l’air ou la fonctionnalisation de surfaces. Cette compétitivité découle de son fonctionnement à température ambiante et à pression atmosphérique. Il présente aussi l’avantage d’être adaptable à diverses géométries et son fonctionnement est compatible avec les sources d’énergie renouvelables (solaire, éolien) en raison de sa réponse rapide aux fluctuations et de la disponibilité intermittente de l’électricité. Ajoutez un catalyseur à l’équation et le procédé révèle des effets synergiques qui favorisent les réactions chimiques. Cette technologie hybride a la capacité, si elle lui est donnée, de permettre des transformations chimiques difficiles et de suppléer aux processus catalytiques conventionnels existants. Concernant la réaction de l’hydrogénation du CO2, le processus catalyse-NTP présente plusieurs avantages, à savoir qu’il présente une limitation thermodynamique plus faible par rapport à l’activation directe du CO2 ou au reformage à sec du méthane, et évite l’utilisation d’une pression élevée comme le requiert la catalyse thermique. Quant à l’approvisionnement en hydrogène, la réaction peut compter sur des sources d’hydrogène bleue, verte ou turquoise, qui devraient devenir de plus en plus disponibles dans un avenir proche.
Malgré cette vision optimiste, il faut garder à l’esprit que l’efficacité énergétique et la sélectivité du procédé plasma-catalyse restent faibles ou comparables à celles de la catalyse conventionnelle. La principale raison en est le manque de connaissances sur les propriétés intrinsèques de l’interface plasma-catalyseur. En catalyse hétérogène conventionnelle, les réactions sont bien connues et sont régies par l’adsorption de surface, suivie par des réactions de surface. En plasma-catalyse, l’intrigue se corse! l’activité dépend, d’une part, des espèces actives générées dans la phase gazeuse du plasma et de leur interaction avec la surface du catalyseur. Ce dernier subira diverses modifications, telles qu’un changement d’état d’oxydation, de fonction de travail, de charge de surface ou serait soumis à la formation de points chauds. D’autre part, la composition et la structure du catalyseur affecteront les propriétés de la décharge plasma, telles que l’intensité du champ électrique réduit (c’est-à-dire le rapport du champ électrique à la densité du gaz), le type de décharge (via la formation de micro-décharges), la fonction de distribution de l’énergie des électrons (EEDF) et la densité électronique. [1]
Il y a un consensus, au sein de la communauté spécialisée de chercheurs, sur la nécessité d’élucider les processus chimiques du plasma, principalement les influences réciproques plasma-surface qui permettraient d’optimiser et, à long terme, industrialiser le procédé. Plus particulièrement, la caractérisation in situ des réactions plasma-catalytiques, avec le soutien de la modélisation/simulation, fournirait des informations clés sur les processus sous-jacents et permettrait de développer des phases et des supports catalytiques optimaux. Le diagnostic plasma-catalyse in situ/operando (Is/O) en est à ses débuts et possède un fort potentiel de croissance, compte tenu de la myriade de réactions nécessitant une clarification.
[1] B. Loenders, R. Michiels, A. Bogaerts, Is a catalyst always beneficial in plasma catalysis? Insights from the many physical and chemical interactions, Journal of Energy Chemistry 85 (2023) 501–533. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.06.016.
