L’industrie chimique contribue aujourd’hui à 5 % des émissions anthropiques mondiales de CO₂. En moyenne, 1 à 2,5 kg de CO₂ sont émis par kg de produit fabriqué. Considérant que le marché de la chimie croît à un rythme annuel de 3%, les émissions de CO₂ issues de l’industrie chimique augmenteront automatiquement si rien n’est fait. De plus, l’augmentation des taxes sur les émissions de CO₂ (accord de Paris sur le changement climatique) est un moteur économique qui oblige l’industrie chimique à réduire ses émissions de CO₂. Dans ce contexte, la défossilisation de l’industrie chimique est devenue une priorité. Plusieurs stratégies, notamment développées dans le cadre du PEPR SPLEEN, sont désormais explorées : (1) la capture/le stockage du CO₂ et sa conversion en produits chimiques/carburants, (2) l’électrification de l’industrie chimique, (3) l’économie circulaire, (4) l’utilisation de matières premières renouvelables, et (5) la conception de réactions/procédés plus efficaces. ECOCHEM aborde le dernier point et a pour principal objectif de concevoir des technologies de rupture pour réaliser des réactions/procédés catalytiques de manière plus économe en CO₂ (économie d’atomes, économie d’énergie, sélectivité, etc.). Dans ce contexte, ECOCHEM abordera deux défis scientifiques majeurs.

(1) La conception de systèmes catalytiques plus efficaces (homogènes et hétérogènes) grâce au développement de technologies radicalement différentes (et durables), ainsi que leur mise en œuvre dans les processus catalytiques afin de développer des réactions/procédés plus efficaces en termes d’émissions de CO₂. Les principaux défis concernent la recyclabilité des catalyseurs, le développement de réacteurs intensifiés à flux continu et l’hybridation pour les réactions en cascade.

(2) Le développement de réactions catalytiques à plus basses températures. Le couplage de la catalyse avec des outils de promotion auxiliaires (ondes ultrasonores, champs électriques et magnétiques, photons), récemment apparu sous le nom de catalyse assistée, sera exploré. Le principal défi consistera à confiner ces effets « physiques » sur la surface des catalyseurs afin de tirer profit d’un effet de synergie. Afin de minimiser la consommation d’énergétique de ces technologies, c’est-à-dire les émissions de CO₂, l’intensification sera abordée (batch vers continu, microfluidique, processus hybride et multifonctionnel…).

Par conséquent, ECOCHEM abordera les questions scientifiques suivantes :

• Comment optimiser les performances d’un catalyseur (rendement, sélectivité, productivité) tout en gagnant en termes de performance et d’économie de CO₂ ?
• Comment confiner des espèces hautement actives (radicaux, ions, électrons, photons, etc.) sur une surface catalytique, de sorte qu’un effet de synergie puisse se produire (= contrôle de la sélectivité de la réaction) pour réaliser des réactions à des températures plus basses (= plus faible émission de CO₂) ?
• Comment réduire la consommation d’énergie, et donc les émissions de CO₂, des réactions/procédés catalytiques ?

Responsables : François JEROME pour le CNRS, Jean-Louis CARETTE pour l’IFPEN

Intensification, réaction chimique, catalyse, catalyse assistée