Cinétique de plasmalyse CH4 par des décharges répétitives nanosecondes pulsées – CH4Kin

La combustion d'hydrogène est reconnue comme une alternative propre et prometteuse à la combustion des carburants fossiles conventionnels. La combustion de l'hydrogène ne produit pas de dioxyde de carbone, mais les méthodes actuelles utilisées pour produire l'hydrogène émettent de grandes quantités de ce gaz à effet de serre. La pyrolyse du méthane en utilisant un gaz ionisé (ou un plasma) est une source alternative d'hydrogène qui ne produit pas de gaz à effet de serre. La conception efficace d'un réacteur plasma pour la pyrolyse du méthane requiert une compréhension précise de la cinétique chimique de ce processus. La start-up française SPARK Cleantech utilise des décharges de plasma non-thermiques pour initier la conversion du méthane en hydrogène et en carbone solide. Mais les modèles de cinétique chimique n’ont pas été validés dans les conditions opérationnelles cibles de SPARK, ce qui empêche l’entreprise de pouvoir optimiser la conception du réacteur et d’atteindre l’efficacité de conversion maximale. Le but de ce projet est de produire un modèle cinétique validé et d'analyser les conditions de fonctionnement qui ont le potentiel de générer des rendements plus élevés en hydrogène.

Nous proposons un cas-test expérimental adapté à la technique chimique développée par SPARK Cleantech. Afin d’obtenir des mesures de température et de composition chimique, nous proposons une série de diagnostics. Ces diagnostics incluent la spectroscopie d’absorption, la diffusion spontanée de Raman et la spectroscopie de masse. Ensemble, ces mesures fournissent une vue détaillée de l’état thermodynamique du système. En parallèle de ces mesures expérimentales, nous développerons des modèles de cinétique chimique. Ces modèles viseront à la fois la chimie de phase du gaz et la nucléation et croissance des particules solides qui ont lieu lors de la pyrolyse du méthane. Les prédictions de ces modèles seront comparées aux mesures expérimentales afin d’identifier les modèles les plus performants et d’évaluer leur niveau de précision.