La biomasse est beaucoup plus complexe que la matière première conventionnelle et le développement des catalyseurs nécessaires est traditionnellement un processus long et compliqué. Pour que l'Europe atteigne son objectif à long terme de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 80 à 95 % d'ici 2050, une conversion rentable de la biomasse en combustibles est essentielle.

Le projet FASTCARD financé par l'UE a utilisé deux voies différentes pour respecter les engagements européens en matière de production de biocarburants avancés. La première concernait la « liquéfaction » de la biomasse et est la plus proche de la concurrence économique des combustibles fossiles, tandis que le second employait la gazéification de la biomasse, qui peut être économiquement difficile à court terme. "L'initiative a intégré des études théoriques fondamentales et des connaissances menées au niveau moléculaire avec des modèles et des activités expérimentales menées à une échelle pilote, ", explique le coordinateur du projet, le Dr Duncan Akporiaye.

La recherche a permis la mise en œuvre à court et à long terme d'une production avancée de biocarburants basée sur l'industrialisation rapide et réduisant les risques des processus nano-catalytiques via des chaînes de valeur à base de liquide et de gaz. Le consortium l'a combiné avec une modélisation au niveau micro-cinétique et de conception de processus pour mieux comprendre les mécanismes et l'économie sous-jacents à ces processus. "Ces modèles aideront à identifier des catalyseurs prometteurs de nouvelle génération, ainsi que dans le passage à l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle, " explique le Dr Akporiaye.

Performance améliorée

Les chercheurs ont développé une nouvelle « conception rationnelle » pour les nano-catalyseurs basée sur des modèles mathématiques et physiques évolutifs. Cela a été utilisé pour prédire la performance des matières premières biologiques pour un meilleur contrôle. Ils ont également créé une pertinence industrielle, méthodologies de réduction d'échelle perspicaces pour évaluer l'impact de diverses matières premières biologiques sur les performances du catalyseur. Selon le Dr Akporiaye :« Les modèles micro-cinétiques peuvent être appliqués aux quatre étapes majeures des deux voies vers les carburants avancés.

Les partenaires du projet ont abordé les principaux défis influençant l'efficacité et la mise en œuvre des quatre étapes catalytiques clés dans les processus biosourcés. Ils comprenaient l'amélioration de la sélectivité et de la stabilité dans l'hydrotraitement (HT) et l'augmentation de la teneur en bio-huile du craquage catalytique co-fluide (co-FCC), qui forment tous deux la chaîne de valeur liquide. L'utilisation de HT a permis de développer une nouvelle génération de catalyseurs pour produire une co-alimentation des unités FCC existantes, minimisant ainsi le niveau global de traitement. Les défis comprenaient la performance du catalyseur dans la réduction de la consommation d'hydrogène, pression et température pour améliorer la durabilité et augmenter la sélectivité par rapport à l'élimination de l'oxygène.

L'étape co-FCC a permis de co-traiter des bio-aliments et des distillats de pétrole brut dans des unités FCC, montrant des performances similaires ou meilleures qu'un catalyseur FCC de pointe, en maximisant le contenu du mélange d'aliments. Le nouveau catalyseur devrait correspondre aux spécifications de stabilité hydrothermale et réduire d'au moins 20 % l'utilisation de ressources stratégiques comme les terres rares et les métaux précieux.

Risque réduit

Les scientifiques ont également sélectionné et testé des catalyseurs de reformage d'hydrocarbures (HC) dans des conditions réalistes pour produire du gaz de synthèse à partir de biomasse et ont étudié l'effet du nickel et/ou du palladium avec le fer sur les propriétés catalytiques. En outre, l'étape Fischer Tropsch tolérante au dioxyde de carbone a été utilisée pour développer de nouveaux catalyseurs destinés à de petites usines délocalisées de 500 à 3 000 barils par jour de biomasse en combustible liquide, qui a amélioré la sélectivité et la stabilité de C5+ HC pour fonctionner à des températures plus élevées, dans des conditions fluctuantes de gaz de synthèse. Cela s'est traduit par une augmentation de la productivité, des économies d'énergie plus importantes et des dépenses d'investissement réduites.

FASTCARD permet de mieux comprendre le processus à l'échelle pilote pour les deux voies clés vers les biocarburants avancés. "Le projet aidera les entreprises participantes à traduire les résultats expérimentaux précédemment réalisés à l'échelle du laboratoire à l'échelle pilote, réduisant ainsi les risques et les incertitudes liés à la progression vers une commercialisation complète, " précise le Dr Akporiaye.