Doctorant en catalyse hétérogène (H/F) : Développement de nouveaux catalyseurs pour la décomposition

Informations générales
Intitulé de l'offre :
Doctorant en catalyse hétérogène (H/F) : Développement de nouveaux catalyseurs pour la décomposition thermocatalytique contrôlée de l'ammoniac pour la production d'hydrogène

Référence : UMR8181-AXELOF0-001

Nombre de Postes : 1

Lieu de travail :
VILLENEUVE D ASCQ

Date de publication :
lundi 6 mai 2024

Type de contrat :
CDD Doctorant/Contrat doctoral

Durée du contrat : 36 mois

Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail :
Temps complet

Rémunération :
La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel

Section(s) CN :
Chimie de coordination, catalyse et procédés, interfaces

Description du sujet de thèse

Lors de la COP28 (Dubaï, 2023), l'ensemble des acteurs internationaux ont appelé pour la première fois à une transition impliquant l'abandon progressif des énergies fossiles. Lors de cet évènement, les armateurs internationaux se sont également unit pour accélérer la décarbonation du secteur du transport maritime responsable d'environ 3% des émissions de gaz à effet de serre. Pour y parvenir, la production d'hydrogène à partir de sources renouvelables associée à sa distribution directe semble idéale. Cependant, le stockage, le transport de l'hydrogène et son utilisation pour la mobilité lourde longue distance restent très complexes et couteux. Sa faible densité énergétique volumétrique (9.9 MJ/m3) et le faible point d'ébullition de l'hydrogène (-253°C) nécessitent à la fois des pressions élevées et des températures basses pour un stockage et un transport réalisable. De plus, l'hydrogène a tendance à endommager les matériaux métalliques (corrosion, perméation et fragilisation) entraînant d'important risques de fuites et d'explosions. Le stockage de l'énergie de l'hydrogène dans les liaisons chimiques de composés transporteurs comme le méthanol, l'ammoniac, ou les LOHC (liquid organic hydrogen carrier) est proposé comme solution pour faciliter le transport et l'utilisation de l'hydrogène.
Parmi ces vecteurs, l'ammoniac se distingue par ses nombreux avantages tels que son processus de liquéfaction moins énergivore et coûteux et son potentiel pour une économie basée sur des infrastructures existantes et sa possible utilisation comme carburant décarboné pour le transport maritime. De plus, l'ammoniac présente une densité volumétrique en hydrogène supérieure à celle de l'hydrogène comprimé et liquéfié (108 vs 70.8 kgH2/m3). Cependant, sa décomposition pour produire de l'hydrogène nécessite des températures élevées et est limitée par la cinétique de réaction. L'enjeu consiste à décomposer le NH3, soit de manière totale afin de récupérer l'hydrogène pour d'autres usages, soit de manière partielle pour améliorer les propriétés de combustion de l'ammoniac.
Au cours des deux dernières décennies, de nombreux catalyseurs, principalement métalliques comme le Ru et le Ni ont été testés pour catalyser la décomposition de NH3 à basse température, le ruthénium se démarque par sa performance supérieure mais son coût très élevé et sa rareté limitent son utilisation industrielle. Cette thèse vise à relever le défi de l'utilisation industrielle de l'ammoniac comme vecteur d'hydrogène et combustible alternatif propre, en se concentrant sur le développement de catalyseurs économiquement viables et performants pour sa décomposition à basse température. D'une part, une alternative au catalyseur pour la décomposition totale d'ammoniac sera recherchée notamment par la synthèse, caractérisation et test de catalyseurs monométalliques non nobles, les systèmes bimétalliques et les phases actives à base d'amides et d'imides. D'autre part, la décomposition contrôlée de l'ammoniac sera également étudiée pour favoriser un ratio ammoniac/hydrogène optimal, améliorant ainsi l'allumage et la combustion tout en minimisant le