DREAM-BIO : DécouveRtE Accélérée de nouveaux Matériaux catalytiques en vue de la production de BIO-carburants
Pilote : Nadine ASSAYEM
IRCELYON – Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de LYON
(UMR 5256 CNRS/Univ. Lyon 1)
Mots clés : Biocarburant, biosourcé, énergie renouvelable, synthèse accélérée, catalyse à haute séquence, apprentissage automatique, phosphates inorganiques, catalyse acide-base, DFT, exploration de bases de données
Le projet DREAM-BIO vise à concevoir des catalyseurs hétérogènes qui permettent de former des carburants à partir de réactifs directement et facilement obtenus à partir de biomasse lignocellulosique (de bois et déchets végétaux). La formulation visée de ces bio-carburants est celle correspondants aux carburants fossiles actuels servant dans le domaine du transport aérien et maritime, pour lesquels une substitution par de l’hydrogène ou l’énergie électrique n’est pas envisageable. Ces bio-carburants seront constitués de paraffines (80%) et d’aromatiques (20%).
Pour cela les catalyseurs hétérogènes devront posséder une acido-basicité et une fonction métallique bien adaptées aux transformations de biomasse envisagées. La problématique actuelle est que peu de catalyseurs sont efficaces et stables dans les conditions réactionnelles usuellement utilisées qui sont hydrothermales (eau sous hautes températures et pressions). Le projet envisage d’étudier des phosphates de terres rares comme nouvelle famille de catalyseurs acido-basiques.
Ces matériaux sont connus pour être stables dans de telles conditions, avec de plus un fort potentiel de modulation de composition, mais à ce jour n’ont jamais été étudiés pour une telle application. Une autre problématique concerne la synthèse et l’évaluation de catalyseurs hétérogènes, souvent chronophages. Le cœur du projet vise à dépasser cette limitation en mettant en œuvre une approche combinatoire, à haut-débit, et de « machine learning » pour obtenir des données massives qui soient néanmoins facilement exploitables. Ces données vont concerner à la fois la synthèse, la modification, la caractérisation et l’évaluation catalytique de ces matériaux.
Pour atteindre cet objectif, le projet sera mené par un consortium regroupant toutes les compétences nécessaires. Il sera porté par IRCELYON, laboratoire dédié à la catalyse, principalement hétérogène, qui assurera aussi les tâches de catalyse et de caractérisations des propriétés acido-basiques en phase liquide. Les expérimentations haut-débit seront réalisées par l’Institut des Matériaux de Nantes (IMN) et par l’Unité de Catalyse et Chimie du Solide de Lille (UCCS) à travers la plate-forme REALCAT pour la synthèse/modification des catalyseurs, et à l’UCCS/REALCAT pour la caractérisation à haut-débit des propriétés acido-basiques et métalliques en phase gazeuse. L’analyse des données pour déterminer les relations propriétés / efficacité catalytique / conditions par « machine learning » sera réalisée à l’IMN. Enfin, le Laboratoire de Physique et Chimie Théoriques (LPCT) réalisera le screening par DFT des propriétés acides pour étudier à l’échelle atomique les propriétés des phosphates les plus prometteurs. A travers ce projet, les corrélations identifiées entre paramètres et propriétés de ces catalyseurs seront utilisées pour mieux appréhender les mécanismes mis en jeu lors de la transformation de la biomasse en bio-carburants et ainsi d’orienter la recherche vers des catalyseurs encore plus performants pour cette application d’avenir.