Valorisation du CO2 : synthèse de méthanol à partir de CO2 et d’H2

Les industries (procédés industriels et industries de l’énergie ; cf. voir figure ci-dessous) sont les plus émettrices de CO2 anthropique à l’échelle mondiale. Dans ce cadre plusieurs pistes de valorisation possible du CO2 ont été testés et étudiés « Carbon Capture and Utilization (CCU)) ». La conversion catalytique du CO2 en méthanol est une des voies les plus prometteuses tant d’un point de vue économique que d’un point de vue environnemental.
La synthèse de méthanol à partir de CO2 et d’H2 est réalisée sur plusieurs types de catalyseurs solides (par exemple, le catalyseur à base de CuO/ZnO/ZrO2).

L’hydrogène peut être obtenu par électrolyse à partir de l’énergie solaire. Le potentiel de l’énergie solaire en fait une source d’énergie propre et inépuisable.

D. Bellotti et al [1] présentent une étude économique dont le but est d’évaluer la possibilité et la viabilité d’obtenir du méthanol à partir de la réaction chimique entre le CO2 recyclé, émis par une centrale à combustible fossile, et l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau. Cette solution peut représenter une méthode intéressante de réduction du dioxyde de carbone et l’utilisation du méthanol comme moyen de stockage d’énergie.

Les autres études [2,3,4] donnent une caractérisation complète du catalyseur et les différents mécanismes catalytiques mis en œuvre inhérents à celui-ci. Ces études comprennent aussi l’aspect thermodynamique et cinétique de la transformation afin de mettre en évidence l’importance des limitations thermodynamiques sur cette conversion ainsi que les mécanismes cinétiques et les phénomènes de désactivations relatifs aux catalyseurs utilisés. Une série de tests pilotes ont été réalisés en faisant varier la température de réaction, la pression partielle de CO2 et la pression partielle d’H2. L’évolution de la conversion des réactifs et de la sélectivité des produits ont été choisis comme critères d’optimisation. Ces tests ont permis de trouver les constantes nécessaires à la construction d’une modélisation fiable du procédé de synthèse du méthanol.

1. D. Bellotti, M. Rivarolo, L. Magistri, Economic feasibility of methanol synthesis as a method for CO2 reduction and energy storage, Energy Procedia, Volume 158, February 2019, Pages 4721-4728.
2. Shaozhong Li, Limin Guo, Tatsumi Ishihara, Hydrogenation of CO2 to methanol over Cu/AlCeO catalyst, Catalysis Today, In press, 4 January 2019.
3. Guo Wang, Dongsen Mao, Xiaoming Guo, Jun Yu, Methanol synthesis from CO2 hydrogenation over CuO-ZnO-ZrO2-MxOy catalysts (M=Cr, Mo and W), International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 8, 8 February 2019, Pages 4197-4207.
4. Timo Blumberg, Tatiana Morosuk, George Tsatsaronis, CO2-utilization in the synthesis of methanol: Potential analysis and exergetic assessment Energy, Volume 175, 15 May 2019, Pages 730-744.