Conversion catalytique d’un biogaz sous polarisation – POLCA

Le projet vise principalement à mieux comprendre les phénomènes mis en jeu dans les réactions de reformage catalytique du méthane pour produire de l’hydrogène lorsque le processus s’appuie sur l’utilisation de membranes à oxygène semi-perméables, c’est-à-dire dans des conditions où les réactions sont influencées par le transport d’ions O2- jusqu’au site catalytique. Le biogaz produit par digestion anaérobique de déchets (méthaniseurs) est utilisé comme combustible dans l’étude pour valoriser cette ressource d’énergie renouvelable. Le caractère innovateur du projet réside dans la prise en compte des principales impuretés du biogaz, à savoir les composés soufrés et l’ammoniac. L’effet de l’empoisonnement des catalyseurs de reformage par les composés soufrés sera étudié sous l’influence de la polarisation. Proposer de nouvelles stratégies pour le développement de procédés thiorésistants est recherché. Parfaitement identifier et maitriser les produits de conversion des composés soufrés et de l’ammoniac sera aussi un enjeu majeur du projet dans l’objectif de rendre le procédé propre (réduction des émissions nocives dans l’atmosphère). Enfin, le risque de formation de dépôts de carbone (ou coke), identifié habituellement pour ce type de réaction, sera examiné.
Une part importante du travail consistera à préparer et étudier des matériaux catalytiques conducteurs ioniques présentant de meilleures performances en reformage catalytique du méthane à sec et à la vapeur d’eau (résistance à la formation de carbone, résistance à l’empoisonnement, réduction des émissions polluantes). Des catalyseurs à base de métaux nobles seront étudiés avec l’objectif de diminuer leur teneur. La préparation d’oxydes mixtes (perovskites) sera également étudiée pour améliorer la surface spécifique de ces matériaux, substituts potentiels des métaux nobles. L’étude de l’effet de la polarisation sur l’activité catalytique fera l’objet d’un soin particulier et les résultats seront comparés à ceux obtenus par modélisation.
L’ensemble des résultats sera utilisé pour réaliser une pile SOFC directement alimentée par du biogaz contenant les principales impuretés (H2S et NH3) et fonctionnant à température intermédiaire (700-800°C). Cette application intégrera une membrane anodique catalytique (MAC), déposée sur une anode cermet Ni commerciale performante et permettant de convertir le méthane en hydrogène, l’hydrogène étant lui-même converti en électricité sur l’anode. L’objectif d’atteindre une puissance électrique de 0.5W.cm-2 à 800°C pendant 1000 h sera visé. L’élaboration d’un collectage original de courant par grille de cuivre préparé par sérigraphie ainsi que la mise au point du dépôt de la couche catalytique par sérigraphie seront essentielles pour atteindre cet objectif.