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Défis technologiques >> Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets
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Recyclage des polymères fluorés contenus dans les nouvelles technologies pour l'énergie (NTE)

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

Master 2 sciences des matériaux, chimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0502

emmanuel.billy@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Les polymères fluorés sont aujourd'hui très largement utilisés pour leur propriété de résistance mécanique et chimique et leur durabilité. Les polymères sont incontournables dans le champ des NTE comme les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (membrane Nafion dans les PEMFC), les batteries (PVDF aux électrodes), ou les panneaux photovoltaïques (EVA à l'interface verre cellule). Avec l'avènement des technologies décarbonées la question du recyclage est devenue centrale pour la mise sur le marché de ces technologies. Historiquement, les procédés de recyclage ont été conçus pour le traitement de différentes technologies et le traitement de grands volumes. Ceci a conduit à la mise en place de procédés pyrométallurgiques (haute température) qui sont robustes, mais destructifs et non sélectifs. Dans un contexte contraint par les enjeux stratégique, législatif (taux de recyclage) et environnementaux, il est nécessaire de recycler « plus » et « mieux ». Cette thèse vise à la recherche de nouvelles voies humide ou sèche pour le traitement de composés fluorés. L'utilisation des liquides ioniques pour la solubilisation des polymères sera une voie privilégiée. Leurs propriétés physico-chimiques intrinsèques (pas ou très peu volatils, inflammables et durables), en font des candidats tout désignés pour surmonter les problématiques de sécurité et d'environnement. Le travail de thèse s'articulera en 3 volets. Dans un premier temps, un état de l'art sera réalisé pour l'évaluation des procédés conventionnels et des milieux pour le traitement des composés fluorés. L'état de l'art se resserrera sur les polymères fluorés utilisés dans le champ des nouvelles technologies pour l'énergie (NTE). Une seconde partie traitera de la chimie des polymères et des solvants pour satisfaire à la mise en solution et récupération des polymères par voie humide et sèche. Une troisième partie à caractère fondamental, visera à lier les résultats macroscopiques aux évolutions structurales des polymères.

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Diminution du coût énergétique de la capture du CO2

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire Micro-Sources d'Energie

Master or Engineering degree in Chemistry or Materials Science

01-10-2021

SL-DRT-21-0503

arthur.roussey@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

La réduction des émissions de CO2 est l'enjeu majeur de notre génération. La transition énergétique vers des sources bas carbone prendra du temps et la capture du CO2 aux sources d'émission ou directement depuis l'atmosphère est une solution de mitigation en fort développement. La capture du CO2 est un procédé cyclique, mettant en jeu une étape de piégeage, suivi d'une étape de régénération pendant laquelle un flux contenant un pourcentage élevé de CO2 est obtenu, puis stocké. Le coût de la capture du CO2, notamment dans le cas de la capture depuis l'atmosphère (~400 ppm), est très élevé (100-400?/tCO2),[1],[2] ce qui est en grande partie dû au coût énergétique élevé de l'étape de désorption et régénération du piège (~1500 kWh/tCO2). L'objectif de la thèse sera de synthétiser de nouvelles polyamines et d'étudier leurs interactions avec le CO2 et l'eau, avec pour objectif de réduire diminuer significativement le coût énergétique de la capture du CO2 et d'améliorer la stabilité thermique des sorbents. [1] K. Z. House, A. C. Baclig, M. Ranjan, E. A. van Nierop, J. Wilcox, et H. J. Herzog, « Economic and energetic analysis of capturing CO2 from ambient air », Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 108, no 51, p. 20428, déc. 2011. [2] M. Fasihi, O. Efimova, et C. Breyer, « Techno-economic assessment of CO2 direct air capture plants », J. Clean. Prod., vol. 224, p. 957-980, juill. 2019.

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Utilisation d'un cycle électrochimique-chimique à base de lithium pour la generation d'NH3

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie/electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0522

Parviz.HAJIYEV@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

L'hydrogène est un vecteur énergétique prometteur s'il est produit à partir d'énergie renouvelable et stocké/transporté en toute sécurité et à faible coût. L'ammoniac présente des atouts indéniables pour le stockage d'H2 avec des densités énergétiques élevées (17.8% wt H2) et des infrastructures existantes pour sa distribution. L'ammoniac est produit à grande échelle selon le procédé Haber-Bosch dans des conditions opératoires sévères (?450 °C, ?200 atm). L'hydrogène nécessaire à ce processus est produit à partir de gaz naturel, émettant 3% du CO2 anthropogénique. Une alternative consiste à synthétiser directement l'ammoniac à partir d'électricité renouvelable en utilisant un cycle électrochimique-chimique à base de lithium. Ce cycle implique différentes étapes dont la nitruration du Li (formation de Li3N), l'hydrolyse du Li3N pour générer de l'ammoniac, et enfin l'électrolyse du LiOH pour reformer du Li et ainsi fermer le cycle. La mise en place de ce cycle dans des conditions températures/pressions modérées, passe par une optimisation de chacune des étapes en terme de cinétique et de rendement. Générer de l'ammoniac dans ces conditions modérées permettrait de très fortement limiter l'impact écologique lié à cette molécule.

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Analyse thermo-économique multicritère et optimisation des complémentarités entre le CO2 (CCU), les biomasses (BE-CCS) et le vecteur électrique (production H2, stockage en batteries), dans le cadre des mix énergétiques français et européen

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des systèmes énergétiques pour les territoires

Energie, génie des procédés, analyse systemique

01-10-2021

SL-DRT-21-0778

guillaume.boissonnet@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

Dans le cadre des études du la fermeture du cycle du carbone, il est indispensable de s'intéresser à la complémentarité entre plusieurs sources de carbone (CO2 et biomasse) et sources et vecteurs d'énergie décarbonée (électricité, H2). Ceci constitue un système complexe incluant de nombreuses variables et contraintes, qu'il est nécessaire d'étudier avec des moyens d'optimisation et d'analyse multicritère, afin d'en tirer le meilleur parti. La thèse s'articulera autour de 3 axes ? Elaboration, consolidation d'une méthodologie d'optimisation et d'analyse multicritères de systèmes d'énergies incluant le carbone non fossile comme ressource matière et les énergies décarbonées. ? Elaboration, consolidation de base de données de solutions technologiques incluant le carbone non fossile comme ressource matière et les énergies décarbonées. ? Etude de plusieurs systèmes selon la philosophie du schéma : couplant carbone et électricité, notamment par l'intermédiaire de l'hydrogène.

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Etude du soudage par diffusion de l'alliage 800, application à la fabrication d'échangeurs de chaleur compacts

Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Conception et Assemblages

master matériaux

01-10-2021

SL-DRT-21-0950

emmanuel.rigal@cea.fr

Energie verte et/ou décarbonnée dont bioprocédés et valorisation des déchets (.pdf)

L'alliage 800 est un acier particulièrement résistant à la corrosion adapté à la fabrication de générateurs de vapeur (GV). Le soudage par diffusion est un mode d'assemblage à l'état solide obtenu par l'application de hautes températures et pressions. Appliqué à des plaques gravées, il permet la fabrication d'échangeurs à grande compacité et cette solution technologique est envisagée pour les GV des futurs réacteurs nucléaires dits small modular reactors (SMR). Cependant le soudage diffusion de l'alliage 800 est difficile car les interfaces sont le siège d'une abondante précipitation de carbures et oxydes lors du soudage. Le sujet consiste d'abord à étudier ce phénomène en fonction de l'état initial du matériau, et, de façon plus générale, l'évolution de celui-ci lors d'une exposition à haute température. On cherchera à déterminer des conditions favorables au soudage. Ensuite, on simulera le soudage diffusion de ce matériau, sur la base de modèles précédemment développés au laboratoire et/ou chez des partenaires académiques. Il faudra compléter ces modèles. Ces deux premières parties permettront de définir des conditions de soudage qui seront mises en ?uvre pour la fabrication d'assemblages dont on caractérisera la microstructure et les propriétés mécaniques. On cherchera à mettre en évidence le lien microstructure initiale/paramètres procédé/microstructure finale/propriétés.

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