Synthèse des carburants alternatifs et des molécules plateforme sur nanoréacteurs – NANO4FuT

La demande en carburants alternatifs propres, ainsi qu’en produits chimiques issus de la biomasse est en forte croissance partout dans le monde. Ce projet de recherche porte sur la conception de nouveaux systèmes de nanoréacteurs à base de nanoparticules métalliques encapsulées. Ces nanoréacteurs seront ensuite utilisés pour des procédés de synthèse sélective durable de biocarburants et de produits chimiques à partir du gaz de synthèse (CO + nH2) issu de la gazéification de la biomasse. La synthèse Fischer-Tropsch (FT) est actuellement la méthode principale pour la valorisation du biosyngas qui le transforme en une gamme large d'hydrocarbures. Deux types de catalyseurs sont utilisés pour la synthèse Fischer-Tropsch (FT) : le cobalt pour la synthèse FT à basse température qui produit de paraffines linéaires et le fer pour la synthèse FT à haute température pour la production d'oléfines légers. Une distribution très large des hydrocarbures C1-C60 qui suit la statistique Anderson-Schulz-Flory (ASF) est le problème principal de ces procédés.
Notre approche vise à développer de nouveaux catalyseurs « intelligents » à base de nanoréacteurs où la croissance d’hydrocarbures sera stériquement restreinte par un volume limité autour des nanoparticules métalliques encapsulées. Cela permettra la synthèse sélective directe des carburants diesel et des oléfines ayant une longueur de chaine contrôlée.
La manière traditionnelle de préparer de nanoréacteurs repose sur l’utilisation de matrices organiques et inorganiques avec un diamètre de coquille entre 30 et 150 nm. Cela se traduit uniquement par une plus grande stabilité de nanoparticules métalliques. Notre projet porte sur la synthèse contrôlée des systèmes nanométriques (5-15 nm) de type « yolk-shell » qui permettront de contrôler surtout la sélectivité des réactions catalytiques et donc la longueur de chaîne des produits FT. Des nouvelles méthodologies à base de techniques de microémulsion et de dépôt en phase gazeuse seront utilisées dans ce projet pour la synthèse de nanoréacteurs ayant une taille, une porosité et une épaisseur de coquille contrôlées.
Cette stratégie aura un fort impact sur tous les paramètres des procédés catalytiques, comme l'activité, la sélectivité et la stabilité en raison d’une forte dispersion des métaux, d’une faible interaction avec le support, d’une utilisation efficace de la coquille, d’une restriction stérique de croissance d’hydrocarbures, d’une interaction efficace avec les promoteurs, ainsi que d’une suppression du frittage du catalyseur. L’implémentation industrielle de ces nouveaux matériaux 3D à base de nanoréacteurs structurés sera envisagée dans ce projet.