Offre de thèse (H/F) au LRGP Nancy

Sujet de thèse :
L'ammoniac (NH3) est le principal ingrédient des engrais et sert également à la production de produits chimiques de base (urée, sels d'ammonium, etc.), avec une production supérieure à 220 Mt par an. Récemment, grâce aux progrès significatifs réalisés dans les capacités industrielles de production d'H2 par électrolyse, le NH3 a été proposé comme vecteur d'H2 en raison de sa densité énergétique élevée de 5,2 kWh kg-1 et de sa teneur gravimétrique élevée en hydrogène de 17,6 % en poids, sans oublier la réaction de craquage thermodynamiquement favorable pour récupérer H2. A ce jour, le NH3 est presque exclusivement produit par le procédé Haber-Bosch (HB), optimisé depuis plus d'un siècle, qui est un procédé intensif à forte consommation d'énergie en raison de conditions de fonctionnement sévères, à savoir une T supérieure à 500 degrés C et une P supérieure à 150 bars. Ainsi, 2,4 % des matières premières fossiles consommées chaque année dans le monde sont destinées à la synthèse de NH3 (c'est-à-dire à la production d'H2), ce qui reflète l'empreinte carbone actuelle du procédé : 1,2 % du CO2 produit chaque année dans le monde.
La recherche sur les catalyseurs pour la synthèse de NH3 a récemment connu un essor grâce à l'utilisation du NH3 comme vecteur d'hydrogène pour le stockage et le transport à long terme, grâce aux infrastructures industrielles déjà existantes. Cependant, compte tenu de cette application, le procédé historique HB n'est pas adapté en raison de la centralisation des usines de production, qui n'est pas compatible avec l'utilisation de sources d'énergie renouvelables intermittentes, ainsi qu'avec le régime de démarrage et d'arrêt associé à la production intermittente d'hydrogène vert (électrolyse de l'eau avec un surplus d'électricité). Plusieurs alternatives sont actuellement à l'étude à des niveaux de maturité technologique (TRL) faibles : boucle chimique, catalyse assistée par photo, électro ou plasma. Le procédé assisté par plasma apparaît comme une solution réaliste pour un procédé entièrement électrifié soumis à la production d'hydrogène vert grâce à :
- un procédé fonctionnant à basse température (température ambiante), puis à basse pression,
- l'absence de limitation thermodynamique dans ces conditions,
- d'excellents taux de conversion rapportés, grâce à la capacité du plasma à faciliter la dissociation de la triple liaison N-N, et malgré une origine pas encore entièrement comprise de l'efficacité du procédé.
Cette thèse, dans le cadre du projet PLASMA-N-ACT vise à comprendre et à améliorer la catalyse assistée par plasma non thermique pour la synthèse de l'ammoniac, et à positionner ce procédé par rapport au procédé HB en termes d'indicateurs clés de performance (critères économiques, énergétiques et environnementaux). De nouveaux catalyseurs composites, à base de nitrure de terres rares - métaux de transition - promoteurs alcalins, seront conçus avec de
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