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Des catalyseurs améliorent la production de biocarburants

La biomasse est beaucoup plus complexe que les matières premières qui la composent et le développement des catalyseurs nécessaires est un processus généralement long et complexe. Pour que l’Europe atteigne son objectif à long terme de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 80 à 95 % d’ici 2050, elle doit absolument convertir de façon économique la biomasse en carburants.
Des catalyseurs améliorent la production de biocarburants
Le projet FASTCARD financé par l’UE a utilisé deux méthodes différentes afin de respecter les engagements européens en matière de production de biocarburants avancés. La première, impliquant la «liquéfaction» de la biomasse, est la plus proche économiquement des combustibles fossiles concurrents, tandis que la seconde, utilisant la gazéification de la biomasse, peut s’avérer moins viable économiquement à court terme. «L’initiative a combiné études théoriques fondamentales et connaissances au niveau moléculaire avec des modèles et des expériences au niveau pilote», explique le Dr Duncan Akporiaye, coordinateur du projet.

Grâce à l’industrialisation des processus nanocatalytiques, rapide et réduisant les risques, la recherche a permis la mise en œuvre à court et long terme de la production avancée de biocarburants via des chaînes de valeur combinant liquéfaction et gazéification. Le consortium a associé cette combinaison à une modélisation micro-cinétique, au niveau de la conception des processus, pour mieux comprendre les mécanismes et les aspects économiques derrière ces processus. «Ces modèles contribueront à identifier les catalyseurs de prochaine génération ainsi qu’à passer de l’expérience en laboratoire à l’industrialisation», explique le Dr Akporiaye.

Des performances améliorées

Les chercheurs ont développé une nouvelle «conception rationnelle» des nano-catalyseurs basée sur des modèles mathématiques et physiques évolutifs. Ces derniers ont permis de prédire les performances des matières premières biologiques pour permettre un meilleur contrôle. Les chercheurs ont également créé des méthodologies de réduction d’échelle pertinentes sur le plan industriel pour évaluer l’impact de différentes matières premières biologiques sur les performances du catalyseur. D’après le Dr Akporiaye: «Les modèles micro-cinétiques peuvent être appliqués aux quatre étapes majeures des deux méthodes vers les carburants avancés.»

Les partenaires du projet ont abordé les principaux défis influant sur l’efficacité et la mise en œuvre des quatre étapes clés de la catalyse dans les processus biosourcés. Ils comprenaient l’amélioration de la sélectivité et de la stabilité dans l’hydrotraitement (HT) et l’augmentation de la teneur en bio-huile dans le co-craquage catalytique fluide (co-FCC), qui forment ensemble la chaîne de valeur liquide. L’utilisation du HT a permis de développer une nouvelle génération de catalyseurs pour produire une co-alimentation des unités de FCC existantes, minimisant ainsi le niveau global de traitement. Un des défis concernait les performances du catalyseur, visant à réduire la consommation d’hydrogène, la pression et la température afin d’améliorer la durabilité et d’augmenter la sélectivité par rapport à l’élimination de l’oxygène.

L’étape co-FCC a été en mesure de co-traiter des matières biologiques et des distillats de pétrole brut dans des unités FCC, montrant des performances similaires ou meilleures qu’un catalyseur FCC de pointe, en optimisant la teneur du mélange d’alimentation. Le nouveau catalyseur devrait correspondre aux spécifications de stabilité hydrothermale et réduire l’utilisation de ressources stratégiques comme les terres rares et métaux précieux d’au moins 20 %.

Des risques réduits

Les scientifiques ont également sélectionné et testé des catalyseurs de reformage d’hydrocarbures (HC) dans des conditions réalistes pour produire du gaz de synthèse à partir de la biomasse et étudié l’effet du nickel et/ou du palladium avec le fer sur les propriétés catalytiques. En outre, l’étape Fischer Tropsch, tolérante au dioxyde de carbone, a permis de développer de nouveaux catalyseurs destinés à de petites centrales (de 500 à 3 000 barils par jour) de production de combustible liquide à partir de la biomasse, délocalisées, améliorant ainsi la sélectivité et la stabilité des C5+ HC à des températures de fonctionnement plus élevées, dans des conditions de gaz de synthèse fluctuantes. Cela a permis une meilleure productivité, davantage d’économies d’énergie et une réduction des dépenses en équipements.

FASTCARD apporte une meilleure compréhension du processus à l’échelle pilote pour les deux méthodes principales de fabrication de biocarburants avancés. «Le projet aidera les entreprises participantes à transformer les résultats précédemment obtenus en laboratoire en expériences pilotes, ce qui minimisera les risques et incertitudes associés à la poursuite d’une commercialisation globale», souligne le Dr Akporiaye.

Mots-clés

FASTCARD, catalyseur, biomasse, biocarburant, échelle expérimentale