Cu on Co Improves C5+ Selectivity in the Fischer-Tropsch Synthesis

La croissance de la population mondiale et des activités humaines contribue à l’augmentation globale de la consommation d’énergie telle que les combustibles fossiles, ce qui libère davantage de CO2 dans l’atmosphère. Ce défi pousse la communauté scientifique à développer des technologies et des méthodes pour convertir et stocker le CO2. La conversion du CO2 en hydrocarbures est une méthode qui permettrait de produire des carburants à faible empreinte carbone. La synthèse de carburant d’avion permettrait à elle seule de réduire de 2% les émissions mondiales de CO2. Le processus consiste à convertir le CO2 atmosphérique en CO par la Réaction du Gaz à l’Eau Inverse, puis à convertir le CO en carburant d’avion via la Synthèse Fischer-Tropsch, le tout en étant alimenté par l’électricité renouvelable du Québec. Les 4 objectifs du projet permettent de démontrer que le Cu peut remplacer les métaux nobles comme promoteurs pour augmenter la performance du catalyseur. Le premier objectif était de synthétiser des catalyseurs avec des Nanoparticules (NPs) de Co dopées de NPs de Cu afin d’évaluer l’effet du Cu sur la conversion du gaz de synthèse (H2 et CO) en carburant d’avion. Le deuxième objectif était d’identifier le % massique optimal de Cu dopé sur le catalyseur pour maximiser la conversion du CO et la production de paraffine C5+ tout en minimisant la formation de CH4. Le troisième objectif était d’établir une relation entre les propriétés physicochimiques des catalyseurs et leur conversion. Le quatrième objectif était de concevoir, à partir des résultats obtenus, un modèle informatique permettant d’identifier le % massique optimal de Cu à imprégner afin de maximiser la production de paraffine C5+. Sept catalyseurs, dont le % massique des NPs de Co et de Cu imprégnés variait entre 0 et 0,15 g g−1, ont été synthétisés en utilisant la méthode d’imprégnation par ultrasons. La sélectivité de chaque catalyseur à produire des paraffines C5+ a été testée dans un réacteur Fischer-Tropsch à une température de 230°C et à une pression de 20 bar pendant 90 h. La Microscopie Électronique en Transmission (TEM), la Microscopie Électronique en Transmission à Balayage (STEM), la Diffractométrie de Rayons X (XRD) et la Réduction en Température Programmée (TPR) ont été utilisées pour caractériser les catalyseurs. Co15-Cu0.15 est le catalyseur le plus performant avec une conversion du CO de 66%, une sélectivité pour la paraffine C5+ de 29% et une sélectivité de 16% pour le CH4. Les images TEM, avant la réaction, montre une dispersion uniforme des NPs de CoCu sur le support Al2O3.