Projet e-CP
Electrifier les procédés chimiques haute température
Projet coordonné par l’ENSICAEN
Durée de 4 ans
3,98 millions d’euros de budget
1 partenaire industriel majeur : TotalEnergies
Contexte et enjeu
Le projet e-CP (Electrothermal Chemical Processes) s’attaque à un grand défi de la transition énergétique : réduire les émissions de CO₂ associés aux procédés chimiques haute température, représentant une part importante de la consommation énergétique de cette industrie. Les procédés comme le vaporeformage du méthane (production d’hydrogène), le vapocraquage du naphta (production d’oléfines comme l’éthylène), ou encore la déshydrogénation du propane sont opérés à haute température (600–900 °C). La chaleur est fournie par la combustion (gaz naturel, coke).
Cette approche entraîne plusieurs centaines de millions de tonnes de CO₂ émises chaque année. Atteindre les objectifs climatiques fixés à 2030 et 2050 implique de repenser ces grands procédés.
Objectifs scientifiques
La solution proposée par e-CP repose sur une idée simple : remplacer la chaleur fossile (génératricede CO₂) par de l’électricité décarbonée. Pour cela, le projet propose un nouveau type de réacteur : le réacteur fluidisé bouillonnant électrifié (EBFBR).
Par effet Joule (principe appliqué pour chauffage des plaques de cuisson, des grille-pains, chauffage d’appoint etc.), ce réacteur peut convertir l’électricité en chaleur au cœur même du lit de catalyseur. Les matériaux conducteurs utilisés (graphène, SiC conducteur, leurs combinaisons, et des composites catalytiques) remplissent un
double rôle : ils assurent la réaction chimique tout en générant la chaleur dans le volume actif du réacteur. Cette approche supprime les déperditions thermiques liées aux parois chauffées, améliore la stabilité du procédé (évite les points chauds destructeurs) et rend le procédé compact et flexible.
Un premier prototype, développé à l’ENSICAEN, a déjà confirmé la faisabilité de la technologie : 800 °C sont atteints de manière stable avec moins de 200 W d’énergie électrique pour un volume de 90 mL, soit une performance inédite. Fort de cette preuve de concept, le projet propose un programme de recherche, pour confirmer le potentiel de la technologie, axé sur 4 axes :
- Concevoir des matériaux innovants combinant efficacité catalytique, conductivité électrique et résistance mécanique (granules composites à base de catalyseurs et de graphène/SiC).
- Tester expérimentalement le réacteur pour une série de réactions de complexité croissante (craquage de l’éthane, déshydrogénation du propane, vapocraquage, reformage du méthane).
- Développer des modèles prédictifs (électriques, thermiques et cinétiques) capables de simuler et contrôler le fonctionnement du réacteur dans des conditions industrielles réalistes.
- Évaluer l’impact global par des analyses énergétiques, économiques et environnementales, incluant une Analyse de Cycle de Vie (ACV) comparée aux procédés industriels actuels.
Objectifs attendus
Les retombées attendues sont :
- Une réduction potentielle de 50 % des émissions de CO₂ pour les procédés ciblés,
- Une contribution directe à la décarbonation des secteurs de la chimie et de la pétrochimie,
- Des technologies électrifiées modulaires et évolutives, compatibles avec les énergies renouvelables intermittentes,
- Une base scientifique et technologique ouvrant de nouvelles perspectives pour d’autres procédés chimiques (valorisation du CO₂, production d’ammoniac, hydrogénation sélective, etc.).
Le consortium
Le consortium réunit six laboratoires français (LCS, GREYC, UCEIV, IRCER, Pprime, LRGP) aux expertises complémentaires (chimie des matériaux, catalyse hétérogène, génie électrique et thermique, modélisation multiphysique, génie des procédés) et un acteur industriel majeur (TotalEnergies, garant de la pertinence et du potentiel de transfert vers le monde industriel).
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