Réduction des NOX par activation/génération d’intermédiaires cibles pour la dépollution des gaz d’échappement de moteurs à l’hydrogène


Ce projet serait sous la direction de : Xavier COURTOIS

Unité de recherche : IC2MP, équipe Samcat

École doctorale : Rosalind Franklin – Énergie, Environnement, Bio santé

Intitulé du sujet :

Réduction des NOX par activation/génération d’intermédiaires cibles pour la dépollution des gaz d’échappement de moteurs à l’hydrogène

Co-directeur : Fabien CAN

Début de thèse : à partir du 01/10/22

Mots clés : catalyse héterogène

Résumé

Ce contrat doctoral, qui se déroulera à l’IC2MP, est proposé dans le cadre d’une ANR regroupant les laboratoires universitaires français IC2MP et IRCELYON (Lyon). L’objectif général du projet est le développement de formulations catalytiques innovantes capables de convertir les traces de NOx présentes dans le gaz de combustion de moteurs thermiques à hydrogène fonctionnant en mélange pauvre. En effet, les formulations catalytiques usuellement reportées dans la littérature présentent une fenêtre de travail étroite associée à un risque de production de N2O, molécule présentant un fort pouvoir d’effet de serre. Ces deux caractéristiques ne sont pas compatibles avec l’application visée.

Contexte et problématique :

Le développement de sources d’énergie décarbonées est impératif pour une réduction des émissions de CO2 dans le secteur des transports. Pour les poids-lourds, l’utilisation de batteries ou d’une pile à combustible reste problématique. Une solution pourrait être l’utilisation d’hydrogène vert dans des moteurs thermiques. Les émissions de polluants sont alors très limitées mais des traces de NOx peuvent toutefois être formées. Ce projet vise à développer des catalyseurs adaptés à la réduction sélective des NOx par H2 car les systèmes reportés dans la bibliographie soufrent de fenêtres de travail étroites et d’un manque de sélectivité incompatibles avec l’application visée.

Description du sujet :

Le travail de thèse consistera à développer des catalyseurs adaptés à la réduction sélective des NOX par H2, avec une approche mécanistique en rupture par rapport à la bibliographie. Basé sur un mécanisme réactionnel faisant intervenir la formation in situ d’espèces réduites NHX, le procédé proposé nécessite des catalyseurs multifonctionnels associant une phase métallique hydrogénante (Fe, voire Ru), des fonctions acides pour favoriser la formation d’espèces NHx et promouvoir la vitesse de décomposition des intermédiaires nitrosamines (NH2NO), et des sites basiques pour la formation d’espèces nitrosonium/nitrate. Une voie exploratoire complémentaire est envisagée, avec l’étude de la génération in situ d’espèces réduites de type CHx, formées à partir du CO2 contenu dans l’air de combustion et susceptibles de réduire les NOx.

Méthodologie et mise en œuvre :

La mission du doctorant s’articulera autour de (i) la synthèse de matériaux catalytiques, (ii) leur caractérisation physico-chimique et (iii) l’évaluation de leurs propriétés catalytiques en phase gaz en mélange plus ou moins complexe, dans le but d’optimiser la synergie entre l’hydrogénation des composés N(ads) (fonction hydrogénante) et la réaction de couplage NHX-NOX (fonction acide et/ou basique).
L’objectif étant de relier les propriétés physico-chimiques à l’activité catalytique.

Profil recherché :

Niveau d’études requis : Master 2 catalyse/matériaux, Ingénieur en chimie ou science des matériaux.

Les compétences et connaissances attendues sont :
• bonnes connaissances en catalyse hétérogène.
• expérience en réaction en phase gaz
• Connaissances de techniques d’analyse des matériaux.
• Notions en matière d’hygiène et de sécurité.
• Outils informatiques nécessaires au pilotage des appareillages à l’exploitation des données, à leur mise en forme et la présentation des résultats (excel, word, origin, powerpoint, …).
• Maitrise de l’anglais scientifique et des techniques de communication écrites et orales.

Contact pour plus d’informations et pour candidater :




ED CEGA 
Théodore Monod