COAST : Catalyseurs intermetalliques pour un avenir durable.
Pilote : Emilie GAUDRY
Université de Lorraine
Mots clés : Composés intermétalliques, réduction du CO2 en méthanol,
catalyse, criblage à haut débit, science des surfaces
Les émissions de gaz à effet de serre constituent un facteur clé du changement climatique, le secteur des transports figurant parmi les principaux contributeurs. La transition de ce secteur vers un modèle plus durable est rendue complexe par l’augmentation constante de la demande en transport. Si l’optimisation des matériaux des véhicules afin de réduire leur masse et d’améliorer l’efficacité énergétique est essentielle, le recours à des carburants alternatifs joue un rôle encore plus central dans la réduction des émissions. Le méthanol se distingue comme une alternative prometteuse aux carburants conventionnels, offrant une solution de décarbonation pour les industries dépendantes des carburants liquides. Cette approche repose sur la conversion du CO₂ en méthanol à l’aide d’hydrogène vert. Au-delà de son rôle de vecteur énergétique, le méthanol constitue également une brique essentielle pour de nombreux procédés chimiques. De plus, les piles à combustible au méthanol peuvent convertir directement le carburant en électricité, offrant une source d’énergie plus compacte et plus durable que les batteries traditionnelles.
Le procédé de l’hydrogénation catalytique thermique du CO₂ est actuellement la méthode la plus prometteuse pour la production de méthanol à grande échelle. Son efficacité dépend largement des catalyseurs utilisés. Ces dernières années, des avancées notables ont été réalisées avec les catalyseurs Cu/ZnO/Al₂O₃ pour l’hydrogénation du CO₂. Toutefois, les conditions réactionnelles impliquent une consommation énergétique élevée et limitent la teneur en CO₂ du gaz d’alimentation (environ 10 %) afin de maintenir une forte sélectivité. Il existe donc un besoin important de nouveaux matériaux catalytiques capables de fonctionner efficacement à plus basse pression.
Le projet PEPR envisage l’utilisation de catalyseurs intermétalliques pour un avenir plus durable, susceptibles de remplacer les catalyseurs traditionnels à base de métaux nobles. Cette approche s’inscrit dans les tendances actuelles visant à minimiser l’usage d’éléments critiques. Nous étudierons les relations structure–propriétés dans des composés intermétalliques de type TM–sp (métal de transition – métal pauvre) ou des phases TM–sp supportées sur des oxydes. Le projet combine des approches numériques, expérimentales et méthodologiques. Des méthodes d’apprentissage automatique seront développées afin de réaliser des prédictions suffisamment précises avec un minimum de données. En matière de simulations numériques, nous utiliserons des méthodes d’optimisation globale, des approches fondées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, ainsi que des approches basées sur des potentiels d’interaction issus de l’apprentissage automatique. Deux jeux de données seront élaborés : l’un rassemblant des données expérimentales et l’autre contenant des résultats issus de calculs ab initio.
Partenaires du projet :
IJL (Institut Jean Lamour), INSP (Institut des Nanosciences de Paris), IRCELYON (Institut de Recherche sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon), LORIA (Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications), SOLEIL (Source Optimisée de Lumière d’Énergie Intermédiaire du LURE).