Description du sujet de thèse

La transformation de la biomasse en carburants et en produits chimiques devient de plus en plus populaire dans le monde entier, afin de limiter le réchauffement climatique et de diversifier les sources d'énergie. L'une des voies consiste à la déconstruire en gaz de synthèse (un mélange de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et d'hydrogène), puis à la convertir en carburant synthétique ou en lubrifiant via la synthèse Fischer-Tropsch (FT). Cette voie présente de nombreux inconvénients (sélectivité, nombreuses étapes successives...) qui augmentent le coût global du procédé. Récemment, une nouvelle technologie, appelée procédé OX-ZEO, a été proposée pour la conversion directe du gaz de synthèse en d'autres produits plus intéressants.
Ce procédé combine un oxyde métallique hydrogénant pour produire un intermédiaire (méthanol ou cétène) qui est converti dans les micropores d'un zéotype acide. De nombreuses combinaisons OX-ZEO ont été étudiées et la polyvalence du procédé a été démontrée pour produire de manière sélective et stable des oléfines légères, des aromatiques ou des carburants [1,2]. La sélectivité dépend principalement du choix du zéotype, dont la taille des micropores entraîne une sélectivité de forme. Cependant, il a été démontré que sa topologie globale (structure de porosité, taille des cristaux) et son acidité influencent également la sélectivité [1,2], d'où l'importance d'un contrôle précis de ces propriétés par une conception rationnelle à différentes échelles. Les principales limitations du procédé OX-ZEO sont sa faible productivité due à la nécessité de limiter l'hydrogénation des produits sur l'oxyde et la forte sélectivité en CO2 due à la réaction de gaz à l'eau.

Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse de doctorat est de déterminer les paramètres clés pour synthétiser des catalyseurs bifonctionnels oxyde-zéotype plus actifs et très sélectifs pour la conversion de gaz de biosynthèse en jet fuels et/ou en hydrocarbures pétrochimiques de valeur comme les aromatiques BTX et in fine de proposer de nouvelles formulations. Pour ce faire, une méthodologie basée sur la conception rationnelle d'oxydes mixtes, de différents zéotypes, leur caractérisation détaillée comprenant des mesures in situ/operando et une évaluation catalytique pour établir des relations structure-propriétés catalytiques sera effectuée.

References
1) W. Zhou, K. Cheng, J. Kang, C. Zhou, V. Subramanian, Q. Zhang, Y. Wang, New horizon in C1 chemistry: breaking the selectivity limitation in transformation of syngas and hydrogenation of CO2 into hydrocarbon chemicals and fuels, Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 3193.
2) X. Pan, F. Jiao, D. Miao, X. Bao, Oxide−zeolite-based composite catalyst concept that enables syngas chemistry beyond Fischer−Tropsch synthesis, Chem. Rev., 2021, 121, 6588.

Contexte de travail

Ce travail sera réalisé à l'IRCELYON dans le cadre du projet Optifuel du PEPR B-Best (Biomasse, biotechnologies, technologies pour la chimie verte et les énergies renouvelables) en collaboration avec IFPEN. Le financement est déjà obtenu.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

L'étudiant de M2 ou d'école d'ingénieur devra avoir de solides bases théoriques incluant la catalyse hétérogène, la synthèse et la caractérisation physico-chimique des matériaux. Il doit également faire preuve de motivation et de curiosité pour la recherche scientifique associée à un esprit critique.

Pour candidater, merci d'envoyer C.V., lettres de motivation et de recommandation, notes de M1 et M2.

Informations complémentaires

Ce que nous vous proposons :
Un environnement de travail stimulant aux contacts des personnels de la recherche.
Une possibilité de télétravailler (maximum 2 jours par semaine) selon l’activité.
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