Craquage de l'ammoniac par couplage plasma catalyse // plasma-assisted catalytic ammonia cracking

Topic description

Il ne fait aucun doute que l'hydrogène (H2) sera la source d'énergie alternative aux ressources fossiles pour l'industrie (chaleur). Alors que la production décarbonée d'H2 (électrolyse) est industrialisée, son stockage/transport pose des problèmes majeurs en termes de coûts financier et énergétique, et de sécurité. Différentes solutions de stockage sont à l'étude, et l'ammoniac (NH3), de par sa teneur en hydrogène élevée et sa faible plage d'inflammabilité, est un candidat de choix pour le stockage long et le transport. La décarbonation de la synthèse de NH3 est d'intérêt majeur, et la réaction de craquage du NH3 (pour produire H2) est toute aussi importante : cette dernière est endothermique (nécessite de la chaleur) et est prévue industriellement à °C sur des catalyseurs à base de Ni. Le caractère endothermique entraîne un coût énergétique important, et le développement de procédés moins énergivores (électrifiés, basse T) est d'intérêt. L'activation par plasma a démontré un réel potentiel. Le couplage plasma-catalyse est étudié depuis peu sur des catalyseurs classiques (Ni, Fe et Co), actifs pour la catalyse thermique. Ces catalyseurs sont, à l'heure actuelle, loin d'être optimisés (composition, dispersion, porosité, structure et surface du support). PLASMA-NH3-CRACK vise à étudier le processus électrifié de craquage du NH3 assisté par plasma non thermique.
Ce projet inclut une compréhension approfondie de l'interaction plasma – catalyseur par spectroscopie, à des fins d'optimisation des performances catalytiques et énergétiques du procédé dans les conditions plasma-catalyse (LPCA-ULCO). UCEIV-ULCO contribuera à la synthèse des catalyseurs supportés, étudiera le procédé thermocatalytique de craquage. Dans le cadre de la thèse, le doctorant réalisera 6-8 mois chez un partenaire externe pour calculer les indicateurs clés de performance pour les deux procédés, sur la base de l'intensification du procédé, ce qui permettra, in fine, de positionner le procédé plasma vis-à-vis du procédé thermique conventionnel.
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There is no doubt that hydrogen (H₂) will become the alternative energy source to fossil resources for industry (heat). While the decarbonized production of H₂ (via electrolysis) is being industrialized, its storage and transport raise major challenges in terms of financial and energy costs, as well as safety. Various storage solutions are under investigation, and ammonia (NH₃), due to its high hydrogen content and low flammability range, is a leading candidate for long-term storage and transport.
The decarbonization of NH₃ synthesis is of major interest, and the ammonia cracking reaction (to produce H₂) is equally important. This reaction is endothermic (requires heat) and is industrially carried out at around °C over Ni-based catalysts. Its endothermic nature results in high energy costs, making the development of less energy-intensive processes (electrified, low-temperature) highly desirable. Plasma activation has demonstrated significant potential in this regard.
Plasma–catalyst coupling has only recently been studied using conventional catalysts (Ni, Fe, and Co), which are active in thermal catalysis. However, these catalysts are currently far from optimized (in terms of composition, dispersion, porosity, structure, and support surface properties). The PLASMA-NH3-CRACK project aims to investigate the electrified process of ammonia cracking assisted by non-thermal plasma.
This project includes an in-depth understanding of plasma–catalyst interactions through spectroscopy, with the goal of optimizing catalytic and energy performance under plasma–catalysis conditions (LPCA-ULCO). UCEIV-ULCO will contribute to the synthesis of supported catalysts and will study the thermocatalytic cracking process. As part of the PhD, the doctoral candidate will spend 6–8 months with an external partner to calculate key performance indicators for both processes, based on process intensification. This will ultimately allow positioning of the plasma process relative to the conventional thermal process.
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Début de la thèse : 01/10/

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Plan Investissement d'Avenir (Idex, Labex)