Première production pilote en Allemagne : dix kilogrammes de catalyseur pour la production de carburant à partir de CO₂ par LIKAT

fr.wedoany.com Rapport : Pour la première fois, des chimistes du centre technique LIKAT de Rostock ont produit à l'échelle pilote un nouveau catalyseur de synthèse Fischer-Tropsch, et les dix premiers kilogrammes ont été livrés à des partenaires de recherche à Hambourg et à Vienne. Ce catalyseur, développé dans le cadre d'un projet de coopération antérieur du LIKAT, est utilisé à Vienne pour la production de carburant neutre en CO₂ et pour vérifier son applicabilité pratique dans des installations à grande échelle. Il constitue le matériau central de la synthèse Fischer-Tropsch (FTS) moderne. Contrairement au procédé traditionnel développé il y a cent ans par deux chimistes allemands, la nouvelle version de la FTS ne liquéfie plus le charbon ni le gaz naturel, mais utilise le gaz à effet de serre CO₂ comme matière première.

Cette nouvelle version du catalyseur Fischer-Tropsch, développée par l'Institut Leibniz de catalyse (Leibniz Institute for Catalysis), transforme le CO₂ et l'hydrogène (H₂) produit durablement en carburant de synthèse. Ce type de carburant peut alimenter les moteurs à combustion traditionnels, sans contenir les composés soufrés et azotés présents dans l'essence ou le diesel. Le Dr Christoph Wulf, chef de groupe au centre technique de transfert LIKAT (LIKAT Transfer Technical Center), indique que ces recherches visent une mobilité durable et neutre en CO₂, ce qui constitue l'un des axes prioritaires de l'agenda national des hautes technologies.

Comme dans le procédé traditionnel, la méthode moderne est réalisée dans un réacteur à colonne à bulles, mais dans des conditions de réaction beaucoup plus douces. Dans de longs tubes verticaux, les substances participantes traversent un liquide visqueux de bas en haut : d'un côté, les matières premières gazeuses CO₂, H₂ et le monoxyde de carbone (CO) formé par la suite ; de l'autre côté, les intermédiaires et produits finaux liquides, ainsi que le catalyseur sous forme de fines billes à base d'oxyde de fer.

Ce catalyseur a été développé dans le cadre du projet de consortium InnoSyn financé par le gouvernement fédéral (relevant de l'initiative « République de l'hydrogène en Allemagne » (Hydrogen Republic of Germany)), en combinaison avec un modèle d'IA pour la FTS-CO₂, sous la direction du chimiste du LIKAT, le Dr David Linke. Les partenaires de l'Institut Engler-Bunte du Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ont déjà validé la faisabilité du procédé à l'échelle du gramme dans un système réacteur multiphasique. Le projet suivant, « Green Fuel and Chemicals », fera progresser l'application industrielle de ce procédé, y compris une démonstration à l'échelle du kilogramme dans l'usine pilote de Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH (BEST) à Vienne. D'ici début 2027, cette usine convertira plusieurs kilogrammes de CO₂ en carburants et produits chimiques durables.

Les nouveaux catalyseurs ne quittent généralement le laboratoire qu'à hauteur de quelques milligrammes ; leur passage à l'échelle du kilogramme et à des volumes de solution allant jusqu'à 100 litres nécessite des formulations différentes, ce que les chimistes appellent le « scale-up » (montée en échelle). L'objectif de la nouvelle coopération de recherche est précisément de trouver la méthode appropriée, une tâche confiée au Dr Christoph Wulf et au Dr Simon Haida au centre technique de transfert LIKAT. Selon les deux chimistes, cela implique également de développer des techniques pratiques de production du catalyseur. Le catalyseur est obtenu par réaction de précipitation de sels métalliques, produisant un « gâteau de filtration » d'oxyde de fer rouge rouille, qui est ensuite séché par pulvérisation et traité thermiquement pour obtenir des particules quasi sphériques. Comme les particules présentent des tailles différentes, elles doivent être classées par taille via un tamisage.

Simon Haida souligne que le comportement du catalyseur ne peut pas être directement prédit à grande échelle. Mélanger 100 ml de solution est simple, mais à l'échelle de 50 litres, certains traitements spécifiques, notamment la séparation et la filtration du produit brut par rapport à la solution réactionnelle, deviennent des défis ; il est donc nécessaire de procéder à des expériences en augmentant systématiquement et progressivement le volume de réaction. Ce travail est mené en étroite collaboration avec le développeur initial du catalyseur, le chimiste du LIKAT, le Dr Aleksandr Fedorov, qui réajuste le catalyseur et teste ses performances après chaque étape de montée en échelle, puis planifie l'équipement pour l'étape suivante.

Les expériences sont passées progressivement de lots de quelques millilitres à l'échelle de 50 litres, permettant d'approvisionner l'usine pilote. Au cours de ces travaux, il a été constaté que la taille des particules influence considérablement les performances du catalyseur. Le Dr Wulf explique que les billes d'oxyde de fer ne doivent pas être trop grosses afin de rester en suspension dans le réacteur à colonne à bulles en aval ; mais si elles sont trop petites, elles ont tendance à s'agglomérer, à obstruer le filtre de sortie du réacteur, voire à pénétrer dans le produit et à le contaminer.

Le LIKAT est l'un des premiers instituts de recherche en Allemagne à pouvoir produire à l'échelle pilote de nouveaux catalyseurs destinés à la recherche. D'autres instituts disposent d'usines pilotes pour tester les catalyseurs, mais ne disposent pas des équipements nécessaires pour produire les substances de test à l'échelle requise. Au LIKAT, grâce aux projets financés et aux coopérations scientifiques, l'installation technique Catalysis2Scale est désormais dotée d'un équipement complet. Avec les dix premiers kilogrammes de catalyseur à base d'oxyde de fer produits pour la nouvelle synthèse Fischer-Tropsch, le Dr Wulf et le Dr Haida espèrent attirer l'attention de partenaires de recherche potentiels.