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Décarbonation directe du méthane

Plasma versus Furnace

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Noir de carbone plasma

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Méthane

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Noir de carbone

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Hydrogène

Décarbonation directe du méthane

Réacteur triphasé

Les recherches menées à PERSEE depuis plus d’une vingtaine d’années concernent le craquage d’hydrocarbures à très haute température pour la co-synthèse en phase gazeuse de noirs de carbone et d’hydrogène. Dans un contexte environnemental dans lequel les émissions de CO₂ deviennent de plus en plus prégnantes, ces recherches consistent à étudier une méthode de décarbonation directe susceptible d’apporter des réponses originales. Ces recherches ont été initiées et menées en collaboration avec le CNRS-PROMES durant de très nombreuses années (G. FLAMANT).

En permettant la production d’hydrogène associé (co-produit de la réaction), les recherches visent à développer une nouvelle génération de procédés de production de noirs de carbone comme alternative aux procédés actuels dits « furnace » qui sont basés sur la combustion incomplète d’hydrocarbures lourds et qui comptent parmi les procédés industriels actuels les plus polluants[1], notamment en termes d’émissions de CO₂ , SOx et NOx.

Sur un plan expérimental, les recherches ont conduit à la mise au point d’une technologie plasma triphasée originale à électrodes chaudes (graphite) développée à l’échelle pre-pilote (250 kW) ainsi qu’au développement d’un ensemble d’outils d’analyse et de diagnostics avancés (EOS, pyrométrie IR, GC, GC-MS, imagerie rapide, sondes mobiles, …).

Sur un plan théorique, les recherches portent sur l’étude des mécanismes physico-chimiques et des transferts de masse et de chaleur mis en jeu ainsi que sur l’étude et la maitrise des relations procédé / nanostructures de carbone. Ces recherches conduisent notamment à la mise en œuvre de modèles d’écoulements fortement couplés (CFD, MHD, thermodynamique, cinétique chimique, nucléation croissance, rayonnement,…).

Les recherches actuelles se focalisent sur le méthane (ou gaz naturel), cependant différents types d’hydrocarbures fossiles (gaz naturel, éthylène, styrène, huile de pyrolyse,…) et renouvelables (bio huiles, déchets plastiques) ont été étudiés conduisant à la production de plusieurs centaines d’échantillons de noirs de carbone. Tous les échantillons de noirs de carbone produits ont fait l’objet d’analyses physico-chimiques systématiques approfondies : BET, DBP, extrait Toluène, composition C,H,O,N,S, taux de cendres, Rayons X, Microscopie MEB et MET,… ainsi que des tests applicatifs dans différents domaines et plus particulièrement dans le domaine des noirs conducteurs à forte valeur ajoutée (électrochimie, piles Li-Ion, batteries, piles à combustibles, câbles,…)

Les recherches ont montré qu’il était possible, sous certaines conditions opératoires parfaitement contrôlées, d’obtenir des noirs de carbone de qualité « industrielle » à partir d’une grande variété de précurseurs hydrocarbonés avec des rendements matière de l’ordre de 100% et des coûts énergétiques qui, bien que significatifs, restent compatibles avec les prix actuels du marché des noirs de carbone conducteurs.

	Inauguration de la plateforme Plasma le 11 juillet 2018 en présence de MONOLITH Materials https://openplasma2018.persee.mines-paristech.fr/
	MONOLITH Materials
	Le numéro 25 de Sophia Mag consacre un article à la décarbonation direct du méthane en page 32 à 35
	Banque photos de l'évènement

[1] Plus de 12 millions de tonnes de noirs de carbone sont actuellement produits dans le monde par combustion incomplète d’hydrocarbures lourds (procédés « furnace »).

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