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Nouvelles stratégies catalytiques pour la gazéification de la biomasse : génération in-situ de nanoparticules à base de nickel ou de fer au cours de l'étape de pyrolyse

Richardson Y.. 2010. Montpellier : UM2, 243 p.. Thèse de doctorat -- Chimie et Physicochimie des Matériaux, Thèse de doctorat -- Chimie et Physicochimie des Matériaux.

Afin de diminuer les coûts de production du syngas ou de H2 issus de la gazéification de la biomasse, de nouvelles stratégies catalytiques visant l'optimisation et l'intensification du procédé de gazéification ont été récemment proposées. L'objectif, très exploratoire, de ce travail est d'étudier une stratégie catalytique originale, consistant à insérer par imprégnation, au sein de la matrice lignocellulosique du bois, un sel métallique de Ni ou Fe, dont les phases catalytiquement actives pour la conversion des goudrons sont générées in-situ au cours de l'étape de pyrolyse. La caractérisation des échantillons de bois imprégné révèle que l'insertion des cations métalliques fait intervenir des mécanismes d'adsorption électrostatique, d'échange ionique et de complexation au sein des hémicelluloses, de la lignine et des microfibrilles de cellulose, assurant un état élevé de dispersion du métal dans la matrice lignocellulosique. L'étude de l'évolution des espèces de Ni au cours de la pyrolyse du bois met en évidence la formation de nanoparticules (NPs) de Ni0quasi-monocristallines dans la gamme de température 400-500°C, les atomes de carbone jouant le rôle d'agent réducteur. Dans la même gamme de température, les espèces de Fe sont transformées en NPs de FeOx amorphes. Les tests de pyrolyse à 700°C révèlent que le nickel est plus efficace pour augmenter la production de H2 et réduire la formation d'hydrocarbures aromatiques, tandis que le fer est plus performant pour réduire la production totale de goudrons. D'un point de vue mécanistique, la présence des espèces métalliques, très dispersées dans la matrice lignocellulosique, impacte considérablement les mécanismes primaires de pyrolyse. De plus, les réactions secondaires de pyrolyse sont fortement modifiées par la génération in-situ des NPs de Ni0 et de FeOx, considérées comme les phases actives pour les réactions de conversion des goudrons et la réaction du gaz à l'eau. Les nouveaux matériaux nanocomposites Ni0/C et FeOx/C formés offrent des perspectives de valorisation intéressantes. (Résumé d'auteur)

Mots-clés : biocarburant; composition chimique; pyrolyse; fer; nickel; métal; catalyseur; catalyse; gazéification; biomasse; bois; nanoparticule

Thématique : Technologie des produits forestiers; Sources d'énergie renouvelable

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