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REFORMAGE DE BIO-ETHANOL POUR LA PRODUCTION
D’HYDROGENE : ETUDE DE CATALYSEURS A BASE DE COBALT.
VARGAS Julio César, ROGER Anne-Cécile, KIENNEMANN Alain
Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse, LMSPC-ECPM, UMR
CNRS 7515, 25 rue Becquerel, 67087 Strasbourg Cedex 2, France
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La consommation mondiale d’énergie a été multipliée par 2,4 depuis 1965, elle s’élève
actuellement à 9 Gtep. La répartition des différentes sources primaires d’énergie, très
majoritairement fossiles a considérablement évolué, le charbon (consommation multipliée par
1,6 depuis 1965) et le pétrole (consommation multipliée par 2,3) laissant une part de plus en
plus importante au gaz naturel (consommation multipliée par 3,3), à l’hydroélectricité
(consommation multipliée par 2,8) et au nucléaire (apparition dans les années 70). Chaque
fuel dominant, du charbon au pétrole au gaz naturel, contient de moins en moins de carbone et
de plus en plus d’hydrogène. En tenant compte de l’explosion de la demande énergétique
prévue d’ici à 2050, de la baisse des ressources fossiles et des problèmes environnementaux
liés notamment aux émissions de CO2, il est nécessaire de trouver une source d’énergie
exempte de carbone, et l’hydrogène, à la condition qu’il soit produit à partir de source
renouvelables, est le candidat idéal. Dans ce cadre nous étudions le vaporeformage catalytique
de bio-éthanol pour la production d’hydrogène : C2H5OH + 3H2O  6H2 + 2CO2. Le bioéthanol étant obtenu par fermentation, le cycle global est nul vis-à-vis du CO2, celui-ci ayant
été consommé au préalable pour la croissance de la biomasse.
La littérature relate un large panel de systèmes catalytiques actifs pour la conversion
d’éthanol et sélectifs pour la formation de H2 : oxydes, métaux de transition (principalement
Co) ou métaux nobles (Pd, Rh) déposés sur divers supports oxydes. L’un des problèmes
majeurs est la rapide désactivation des catalyseurs dans les conditions réactionnelles, attribuée
à la formation de dépôts carbonés bloquant les sites actifs.
Notre approche a consisté à développer des catalyseurs dans lesquels le métal actif
(cobalt) est intégré dans une structure définie oxyde de type fluorite, de formule
Ce2Zr2-xCoxO8-. Une réduction partielle, contrôlée permet de générer des systèmes dans
lesquels des nano-particules de cobalt métal sont en fortes interaction avec le support oxyde
Ce-Zr-Co résiduel. Dans cet état, les catalyseurs sont stables sous atmosphère réductrice et à
la température requise par la réaction de reformage d’éthanol (450 °C). L’effet bénéfique de
cette interaction métal-oxyde sur la stabilité réactionnelle sera mis en évidence par
comparaison des résultats catalytiques obtenus au cours de tests de longue durée (100 h) du
système Ce2Zr1,5Co0,5O8- ayant subi différents prétraitement : sans réduction, réduction
partielle contrôlée d’une partie du cobalt, réduction totale du cobalt. L’effet de l’utilisation
d’une solution réelle de bio-éthanol issue de fermentation de mélasse de cane à sucre par
rapport aux solutions pures eau/éthanol généralement utilisées sera discuté. Enfin, en vue
d’une production embarquée d’hydrogène pour alimenter une pile à combustible, les résultats
obtenus sous pression seront présentés et comparés aux tests classiques à pression
atmosphérique.
[1] J.C. Vargas, F. Sternenberg, A.C. Roger, A. Kiennemann, Chem. Eng. Trans. 4 (2004)
262.
[2] J.C. Vargas, E. Vanhaecke, A.C. Roger, A. Kiennemann, Stud. Surf. Sci. Cat. 147 (2004)
115.
[3] A.C. Roger, E. Vanhaecke, J.C. Vargas, A. Kiennemann, Proceedings European
Hydrogen Energy Conference, EHEC 2003, Grenoble (France), 2-5 sept. 2003.