Production of Dimethyl ether (DME) from CO2 and renewable H2

Overview & Synopsis

En raison de l’accumulation progressive de CO2 dans l’atmosphère et des politiques appliquant le principe pollueur/payeur qui évoluent vers la généralisation des taxes sur le CO2, il est recommandé de développer des techniques permettant la conversion du CO2 en produits chimiques utiles. En parallèle, le défi de la durabilité exige un pas en avant dans la lutte contre l'utilisation des combustibles fossiles comme matière première et source d'énergie. Cependant, il est nécessaire d'augmenter la part d'utilisation des énergies renouvelables et de valoriser les matières premières alternatives. Autrement dit, il est nécessaire de développer des procédés et des technologies pour une industrie de transformation efficace en termes de ressources et d'énergie. Dans cette perspective, la réaction de synthèse directe du diméthyl éther représente un élément important permettant de combiner l’hydrogène avec des atomes de carbone issu de dioxyde de carbone (CO2) pour former du DME en présence d’un catalyseur bifonctionnel/hybride. Les avantages commerciaux et environnementaux ont fait de la synthèse directe du DME à partir du dioxyde de carbone (CO2) et de l’hydrogène renouvelable l'un des projets importants de recherche, tant à l'échelle pilote qu'à l'échelle commerciale. L’objectif de cette étude est l’utilisation de technologies permettant la conversion de l’électricité en gaz comme moyen de valorisation de l’électricité excédentaire (concept Power-to-Gas). Dans ce contexte, l’hydrogénation du CO2 peut devenir une réaction à forte valeur ajoutée pour la production de carburants de synthèse de substitution renouvelable à partir de n'importe quelle source de CO2 couplée à de l'hydrogène renouvelable obtenu par électrolyse de l’eau. Le produit obtenu pourra avoir plusieurs utilisations : chauffage résidentiel/tertiaire ou industriel, matière première de l’industrie chimique, mobilité, production d’électricité, etc. Pour mener à bien ce travail, l’étude se focalisera sur la réaction exothermique équilibrée de synthèse directe du DME en présence d’un catalyseur bifonctionnel/hybride. Outre le DME, la réaction produit de l’eau et de la chaleur en raison de son caractère exothermique. La récupération de cette chaleur dans le procédé est un enjeu majeur permettant aussi d’augmenter le rendement énergétique global. D’autre part, afin de dépasser les limitations d’équilibre thermodynamique (réaction équilibrée) et d’augmenter la conversion des réactifs, le couplage à une membrane hydrophile sélective pour l’élimination in situ de l’eau permettra de déplacer l’équilibre thermodynamique dans le sens de l’augmentation de la conversion de CO2.