Projet ANR-12-BS07-0029 – CATSYN-BIOFUEL : Structures catalytiques hybrides et hiérarchisées pour la synthèse de biocarburants
Programme : Blanc - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (Blanc SIMI 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Andrei Khodakov (Unité de catalyse et de chimie du oslide)
Partenaires : Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg; Laboratoire Catalyse et Spectrochimie; Institut de Chimie et Procédés pour l'Énergie, l'Environnement et la Santé; Unité de Catalyse et de Chimie du Solide
Montant : 495032.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Synthèse de biocarburants sur les structures catalytiques hybrides et hiérarchiséesDans la société du futur, la biomasse deviendra l'une des principales ressources de la production de nourriture, d’aliments pour animaux, d'énergie renouvelable et de produits chimiques. Notre projet porte sur la synthèse des biocarburants de deuxième génération qui ne seront obtenus qu’à partir de la  biomasse non-alimentaire.
L'objectif de ce projet est de fournir des connaissances fondamentales sur les principaux paramètres qui déterminent la productivité de la synthèse directe de diméthyle éther à partir de biosyngas.- Conception de nouveaux catalyseurs hydrides bifonctionnels  avec  trois niveaux de porosité (micro-, méso-et macro-).- Optimisation du transfert de chaleur à l'aide d'une matrice céramique qui possède une conductibilité thermique élevée;- Amélioration de la stabilité du catalyseur en particulier en présence du soufre et d'autres impuretés du biosyngas.
Le programme de recherche est réalisé par 4 équipes de recherche qui ont des expertises complémentaires dans la conception de nouveaux matériaux et de procédés catalytiques.Notre méthode est fondée sur la maitrise parfaite de la structure du catalyseur et du réacteur catalytique à des échelles nanoscopique, microscopique et macroscopique.
Résumé de la soumission : La demande en carburants alternatifs ultra-propres issus de la biomasse est en forte croissance à travers le monde. Le diméthyle éther est l'une des molécules les plus prometteuses pour la formulation de carburants écologiquement optimisés. L'objectif fondamental de ce projet de recherche porte sur la conception de nouvelles structures catalytiques hybrides hiérarchisées, ainsi que de  procédés qui seront adaptés pour la synthèse directe du diméthyle éther à partir de gaz de synthèse (CO + nH2) généré par gazéification de la biomasse. L’utilisation de nouveaux catalyseurs hiérarchisés hybrides à base de métaux, de sulfures de métaux et de nouveaux matériaux microporeux et mésoporeux permettra de mieux comprendre l’influence de la taille et de la forme des phases actives, du confinement, de la porosité et de l'acidité du support sur l'activité et la sélectivité de la synthèse directe du diméthyle éther. Les performances et la stabilité des catalyseurs seront étudiées et optimisées en présence d'impuretés typiques de biosyngas. L’utilisation d’un support à haute conductivité thermique, le carbure de silicium (SiC), semble extrêmement opportune pour réduire la formation des points chauds dans le lit de catalyseur lors de la synthèse directe du DME qui est une réaction fortement exothermique. L’intensification de la synthèse directe du DME sera envisagée avec pour objectif final de développer de nouveaux systèmes catalytiques extrêmement efficaces. Cela pourrait se faire par l’utilisation de réacteurs microstructurés et d’un façonnage macroscopique, d’une matrice hôte de carbure de silicium alvéolaire avec une porosité appropriée, une aire importante et une acidité optimisée.
Résultats : -Nouvelles méthodes de contrôle de la taille des cristallites de zéolithes ZSM-5 
-Nouvelles techniques de synthèse des zéolithes hiérarchisées 
-Nouvelles méthodes de stabilisation des catalyseurs hybrides pour la synthèse directe du diméthyle éther 
-Identification des promoteurs qui réduisent la sélectivité des catalyseurs hybrides en dioxyde de carbone.
Perspectives : -Caractérisation operando de la phase active dans des conditions réalistes de synthèse DME 
-“Shaping” macroscopique de la mousse de SiC avec des catalyseurs hiérarchiques hybrides 
-Conception des nanoréacteurs pour la synthèse de DME 
-Optimisation de l'activité catalytique en présence de soufre
Publications et brevets : 1.A. Palcic, M. Jaber, S. Casal, G. Clet, J. Bronic, V. Valtchev
“Hydrothermal conversion of zeolite Y into chbazite”
5th International conference “Advanced Micro- and Mesoporous Materials”, September 6-9, 2013, Golden sands, Bulgarie
2.	V. Valtchev, « Increasing the accessibility to zeolite active sites: in-situ versus post-synthesis methods”, Keynote talk at 4th China-Australia symposium for materials science, October 20-24, 2013, Zhuhai, China
3.	A. Palcic, A. Vicente, M. Jaber, C. Fernandez, S. Casale, G. Clet, J. Bronic, V. Valtchev, « Chabazite synthesis from commercial zeolite Y, 30ème Réunion du Groupe Français des  Zéolithes », 19-21 mars 2014, Ile de Ré 
4.	Z. Qin, S. Casale, J.-P. Gilson, V. Valtchev «  New advanced post-synthesis approach for hierarchical zeolite preparation », 30ème Réunion du Groupe Français des  
5.	A. Palcic, G. Clet, J. Bronic, V. Valtchev, «The study of the mechanismof formation of three-membered ring containing zincosilicate zeolite, RUB-17 (RSN), 30ème Réunion du Groupe Français des  Zéolithes », 19-21 mars 2014, Ile de Ré 
6.	M. Cai, V.V. Ordomsky, A. Y. Khodakov,  Development of stable hybrid CuZnAl/ZSM-5 catalyst for dimethyl ether synthesis from syngas, Le Groupe d’Etude en Catalyse (GECat), Cluny, mai 2014 (présentation orale).
7. V. Ordomsky,  M. Cai,  V. Sushkevich,  S. Moldovan,  O. Ersen, C. Lancelot,  V. Valtchev, A. Khodakov The role of external acid sites of ZSM-5 in deactivation of hybrid CuZnAl/ZSM-5 catalyst for direct dimethyl ether synthesis from syngas, Appl. Catal. A. sous presse.
8.	C. Duong-Viet, H. Ba, J. M. Nhut, S. Moldovan, J. Luo, O. Ersen, C. Pham-Huu. ZSM-5 decorated SiC nanofibers/SiC foam composites for DME synthesis. J. Mater. Chem. A, in preparation