Topic description
L'écart de température globale entre l'ère préindustrielle et la dernière glaciation était de 6°C. Face aux °C projetés d'ici, l'accord de Paris laisse une génération pour développer le tryptique : Sobriété, Efficacité, Technologie, et c'est sur cette dernière brique que se positionne ce sujet de recherche à visée applicative.
Pour cela, une rupture technologique vers des systèmes de capture de CO2 plus efficaces et optimisés, avec une empreinte énergétique minimisée, est essentielle. L'intensification des nouvelles technologies pourrait alors accélérer le déploiement du captage, comme avec les contacteurs rotating packed bed (RPB) affichant seulement quelues secondes de temps de passage.
Cette rupture devient alors source d'innovation, nécessitant de nouveaux agents et techniques de séparation pour capturer le CO2, eux aussi avec un besoin d'intensification pour rester compatible avec ces nouveaux contacteurs. Nous proposons ainsi dans ce projet d'étudier comment les catalyseurs peuvent être combinés aux solvants pour repousser les limites des cinétiques chimiques conventionnelles de capture de CO2.
Les travaux débuteront à l'ULCO par la synthèse et la sélection de matériaux catalytiques aux propriétés texturales et physico-chimiques modulables. L'objectif est d'élucider les relations structures/propriétés et de comprendre les mécanismes d'interaction régissant la complémentarité couple catalyseur/solvant.
À l'IFPEN (Solaize), des mesures d'absorption de CO₂ en réacteur triphasique (G/L/S) permettront de quantifier l'apport catalytique en conditions dynamiques. Des caractérisations ex-situ et des mesures operando de spéciation aux interfaces permettront d'identifier les intermédiaires réactionnels et d'optimiser les couples matériaux/solvants.
Enfin, un modèle cinétique global (G/L/S) sera développé pour identifier les régimes limitants et les temps caractéristiques, ouvrant la voie au dimensionnement de procédés de captage hautement intensifiés.
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The global temperature difference between the pre-industrial era and the last ice age was 6°C. Given the °C projected by under current trends, the Paris Agreement leaves only one generation to deploy the 'Sobriety, Efficiency, Technology' triad. This applied research project focuses on the 'Technology' pillar.
Achieving this requires a technological breakthrough toward more efficient, optimized CO₂ capture systems with minimized energy footprints, that go beyond conventional processes (amine scrubbing). One identified breakthrough technology enabling the intensification and acceleration of capture deployment involves the use of rotating contactors (Rotating Packed Bed), which reduce residence times to few seconds. This breakthrough technology requires the development of new separation agents compatible with these new contactors. In this project, we propose to study how catalysts can be combined with solvents to push the boundaries of conventional chemical kinetics for CO2 capture.
The research will begin at ULCO with the synthesis and selection of catalytic materials featuring tunable textural and physicochemical properties. The goal is to elucidate structure-property relationships and understand the interaction mechanisms governing catalyst/solvent complementarity.
At IFPEN (Solaize), CO₂ absorption measurements will be conducted in a three-phase (G/L/S) reactor to quantify catalytic performance under dynamic conditions. Ex-situ characterization and operando speciation at the interfaces will be used to identify reaction intermediates and optimize material/solvent pairings.
Finally, a global G/L/S kinetic model will be developed to identify limiting regimes and characteristic time scales, paving the way for the design of highly intensified carbon capture processes.
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Début de la thèse : 01/10/
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Financement d'un établissement public Français
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