Offre de thèse – Equipe « Chimie Verte et technologies innovantes »
Mécano-activation de l’azote moléculaire pour la synthèse de l’ammoniac
L’ammoniac (NH3) est la deuxième molécule la plus produite en masse (180 MT/an) et un intermédiaire majeur pour la production de produits chimiques et d’engrais. L’ammoniac suscite également un intérêt croissant en tant que carburant sans carbone, voire comme vecteur d’hydrogène en raison de ses propriétés physiques. Malgré ses nombreuses applications, la production industrielle actuelle est dominée par le procédé thermocatalytique Haber-Bosch (HB), dans lequel le diazote (N2) réagit avec le dihydrogène (H2) à haute température (>450 °C) et à haute pression (>150 bars) en présence d’un catalyseur de Fe doublement promu. Même si le procédé HB consomme actuellement ~2% de la production totale d’énergie dans le monde, la synthèse du NH3 elle-même est efficace sur le plan énergétique.[1] Cependant, sa synthèse nécessite des combustibles fossiles pour produire le H2 nécessaire à partir de réactions de reformage à la vapeur et de déplacement des gaz vers l’eau, ce qui contribue à 1 à 2 % des émissions mondiales de CO2 chaque année.[2] Le principal défi consiste donc à passer à une production de NH3 décarbonée afin de réduire l’empreinte carbone anthropique et de limiter le réchauffement climatique à 2 °C, comme le prévoient les politiques de l’UE. Ce projet propose donc d’utiliser la mécanochimie sans solvant[3],[4] et plus particulièrement le broyage à billes, pour développer de nouvelles méthodologies de production d’ammoniac en conditions douces.[5]
La thèse sera réalisée dans le cadre du projet Mecammonia financé par l’ANR, en collaboration entre l’IBMM, l’UCCS (Unité de Catalyse et de Chimie du Solide, Lille) et l’IC2MP (Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers). L’étudiant(e) sera donc amené(e) à travailler sur la conception de réacteurs adaptés à l’utilisation de gaz au broyeur puis sur leur utilisation en catalyse pour la production d’ammoniac. L’évaluation des catalyseurs synthétisés dans l’équipe lilloise sera réalisée dans différentes conditions mécanochimiques. A noter que l’équipe Chimie Verte et Technologies Innovantes est localisée dans le nouveau bâtiment Balard, situé sur le campus CNRS de Montpellier.
A noter que l’équipe Chimie Verte et Technologies Innovantes est localisée dans le nouveau bâtiment Balard, situé sur le campus CNRS de Montpellier. L’équipe est experte en mécanochimie (broyage à billes et extrusion réactive), et a accès au laboratoire de mesures physiques (LMP) de l’UAR2041 PAC Balard. Le travail se fera en forte interaction avec les équipes de Lille et de Poitiers.
Profil recherché : Les candidats doivent avoir une formation en chimie avec un fort intérêt pour la chimie verte et la catalyse. Des compétences en CAO (conception assistée par ordinateur) seront appréciées.
Candidatures en ligne à https://tinyurl.com/msvpazye jusqu’au 08/08/2024 (CV, lettre de motivation et notes de master)
Références
[1] Ammonia Technology Roadmap, IEA 2021, https://iea.blob.core.windows.net/assets/6ee41bb9-8e81-4b64-8701-2acc064ff6e4/AmmoniaTechnologyRoadmap.pdf
[2] H. Hosono et al, Spiers Memorial Lecture: Catalytic activation of molecular nitrogen for green ammonia synthesis; Faraday Discuss., 2023 (243) 9.
[3] Gomolloń-Bel, F. Chem. Int. 2019, 41, 12−17.
[4] a) Howard, J. L.; Cao, Q.; Browne, D. L. Chem. Sci. 2018, 9, 3080−3094. b) Beillard, A.; Bantreil, X.; Métro, T. X.; Martinez, J.; Lamaty, F. Chem. Rev. 2019, 119, 7529−7609. c) Friscic, T.; Mottillo, C.; Titi, H. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 1018−1029.
[5] Reichle, S.; Kang, L.; Demirbas, D.; Weidenthaler, C.; Felderhoff, M.; DeBeer, S.; Schüth, F. Mechanocatalytic Synthesis of Ammonia: State of the Catalyst During Reaction and Deactivation Pathway. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317038.
