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L'induction magnétique pour la conversion de CO2 en méthane

Si elle a longtemps fait débat, la relation entre changement climatique et émissions anthropiques des gaz à effet de serre, parmi lesquels le dioxyde de carbone, est désormais établie.

 

Comme l’a démontré la dernière conférence environnementale de Paris (COP21), la prise de conscience est collective : il y a aujourd’hui un consensus international sur la nécessité de mettre en œuvre des solutions nouvelles contribuant à la décarbonation du mix énergétique : systèmes de valorisation du dioxyde de carbone, unités de production d’énergie renouvelable (photovoltaïques, éoliennes, etc.). L’augmentation de la part de ces dernières dans la production globale d’énergie et leur nature intermittente, souvent déphasée avec la demande, impose par ailleurs le stockage de l'énergie produite, non utilisée immédiatement. Le stockage chimique, la conversion de l’électricité en gaz, est  l’un des moyens les plus efficaces de stockage de longue durée.

 

Dans ce double contexte, la conversion du CO2 en méthane de synthèse est particulièrement attractive : elle contribue à la limitation des émissions de dioxyde de carbone et permet de valoriser l’électricité excédentaire.

 

Le méthane est le constituant principal du gaz naturel, gaz d’origine fossile largement utilisé par des applications industrielles, tertiaires et résidentielles. Distribué en réseau ou porté par voie routière, le gaz naturel permet l’alimentation de chaudières pour la production de chaleur et d’eau chaude, ainsi que l’alimentation de dispositifs de cuissons (fours, plaques chauffantes). A ce titre, il peut être concurrencé par d’autres combustibles fossiles, comme le fioul ou les gaz de pétrole liquéfiés (le butane, le propane). La production de méthane de synthèse, vecteur énergétique non fossile, permet donc in fine d’éviter le recours à ces combustibles fossiles.

 

Les technologies de conversion du CO2 en méthane de synthèse couramment utilisées reposent en grande partie sur des procédés catalytiques. Les contraintes liées à la catalyse limitent pourtant la production de méthane à de grandes unités.

 

Grâce au soutien du CNRS dans le cadre du projet de pré-maturation CATMAG, le LPCNO, laboratoire de recherche pluridisciplinaire localisé au département de génie physique de l’INSA Toulouse et unité mixte de recherche associée au CNRS et à l’Université Paul Sabatier, a mis au point un nouveau procédé d’hydrogénation du CO2 en méthane utilisant de nouvelles nanoparticules ferromagnétiques pouvant être chauffées directement par induction magnétique.

 

Le catalyseur est constitué de nanoparticules de carbure de fer dopées avec une couche catalytique et dispersées dans un support minéral. Le chauffage utilise le retournement du moment magnétique de chaque nanoparticule par un système proche de celui utilisé dans les plaques chauffantes à induction. Dans ce procédé, seul le catalyseur est chauffé et atteint sa température de travail en moins d’une seconde. Cela permet donc de limiter la consommation d’énergie pour cette transformation, de s’adapter à l’intermittence et d’être compatible avec des unités de très petites tailles et décentralisées.

 

Ce procédé a fait l’objet de deux brevets en partenariat avec Toulouse Tech Transfer et est en développement, notamment avec la société LEAF, start-up établie à Toulouse qui conçoit, fabrique et commercialise des solutions de production décentralisée et de stockage d’énergie renouvelable, ainsi que les services associés.

 

 

 

Références :

Meffre, Anca et al.  NANO LETTERS  2015, 15,3241-3248   

Brevet : Bordet, Alexis et al. Nanoparticules de carbure de fer, procédé pour leur préparation et leur utilisation pour la production de chaleur. N° FR1562763. 18/12/2015.

 

Illustrations :

(a) Image de microscopie électronique du catalyseur : nanoparticules de carbure de fer déposées sur un matériau silice/alumine

(b) Vue de l’appareillage constitué d’un inducteur et d’un réacteur continu placé au centre de la bobine de l’inducteur

(c) Agrandissement de la partie [bobine + réacteur contenant le catalyseur]

Image thermique de la partie [bobine + réacteur contenant le catalyseur] lorsque le champ magnétique est allumé. Mise en évidence de la zone de chauffe localisée (zone blanche)

 

Contacts : Bruno Chaudret (chaudret @ insa-toulouse.fr) et Alexis Bordet (abordet @ etud.insa-toulouse.fr)