Procédé Fischer-Tropsch

Le procédé Fischer-Tropsch est un procédé chimique où intervient la catalyse de monoxyde de carbone et d'hydrogène en vue de les convertir en hydrocarbure.



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Procédé chimique - Énergie fossile - Catalyse - Cinétique chimique - Chimie générale

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Le procédé Fischer-Tropsch est un procédé chimique où intervient la catalyse de monoxyde de carbone et d'hydrogène en vue de les convertir en hydrocarbure. Les catalyseurs les plus courants sont le fer ou le cobalt. L'intérêt de la conversion est de produire du pétrole brut de synthèse à partir de charbon ou de gaz. C'est un procédé particulièrement performant en termes de rendement, mais qui nécessite des investissements particulièrement lourds, ce qui le rend économiquement vulnérable aux fluctuations à la baisse du cours du pétrole.

Mécanisme

Le procédé Fischer-Tropsch tel que découvert par ses deux inventeurs est schématiquement le suivant :

(2n+1)H_2 + nCO \rarr C_nH_{2n+2} + nH_2O

D'autres hydrocarbures sont aussi constitués en quantité importante : des 1-alcènes mais aussi des traces d'alcools, cétones, aldéhydes et esters. Le mélange réactif de monoxyde de carbone et d'hydrogène est nommé gaz de synthèse ou syngas. La production résultante, qui se présente sous la forme de cires solides à température ambiante ou d'un mélange liquide d'hydrocarbures, est ensuite transformée par un procédé nommé hydroisomérisation pour obtenir le carburant synthétique désiré (surtout constitué de gazole et d'essence).

Histoire

L'invention du procédé Fischer-Tropsch remonte à 1923, date qui correspond à la date de dépôt du premier brevet attribuée à deux chercheurs allemands, Franz Fischer et Hans Tropsch, œuvrant pour le Kaiser Wilhelm Institut (Allemagne) à l'époque dédié à la valorisation du charbon.

Ce procédé repose sur la réduction catalytique des oxydes de carbone par l'hydrogène en vue de les convertir en hydrocarbure. Son intérêt est de produire un mélange d'hydrocarbures qui est ensuite hydrocraqué (hydroisomérisé) pour apporter du carburant liquide synthétique (synfuel), à partir de charbon, de gaz ou, plus il y a peu de temps, de biomasse.

Ce procédé a été mis au point et exploité au cours de la Deuxième Guerre mondiale par l'Allemagne, pauvre en pétrole et en colonies pétrolifères mais riche en charbon, pour produire du carburant liquide, massivement utilisé par les Allemands et les Japonais durant le conflit mondial. Ainsi a été montée la première usine pilote par Ruhrchemie AGS en 1934 et industrialisée en 1936. Au début de 1944, le Troisième Reich produisait quelque 124 000 barils/jour de combustibles à partir de charbon, ce qui représentait plus de 90% de ses besoins en essence d'aviation et plus de 50% du besoin total du pays en combustibles. Cette production provenait de 18 usines de liquéfaction directe mais également de 9 petites usines FT, qui produisaient quelques 14 000 barils/jour.

Le Japon a aussi tenté de produire des combustibles à partir de charbon, la production s'effectuant essentiellement par carbonisation à basse température, un processus peu efficace mais simple. Cependant, l'entreprise Mitsui a acquis une licence du procédé Fischer-Tropsch à Ruhrchemie pour construire trois usines à Miike, Amagasaki et Takikawa, qui n'ont jamais atteint leurs capacités nominales à cause de problèmes de conception. En 1944, le Japon produisait 114 000 tonnes de combustible à partir de charbon, mais uniquement 18 000 d'entre elles étaient faites selon le procédé Fischer-Tropsch.

Entre 1944 et 1945, les usines allemandes et japonaises ont été particulièrement endommagées par les bombardements alliés, et la majorité a été démontée après la guerre.

Les scientifiques allemands qui avaient mis au point le procédé Fischer-Tropsch ont été capturés par les Américains et sept d'entre eux envoyés aux États-Unis dans le cadre de l'opération Paperclip. Cependant, après la structuration du marché pétrolier et la forte baisse des prix, les États-Unis ont abandonné les recherches et le procédé Fischer-Tropsch est tombé en désuétude. Cependant il a retrouvé de l'intérêt en Afrique du Sud au cours des années 1950, suite à l'isolement du pays consécutif à sa politique d'apartheid : ce pays, disposant d'abondantes ressources de charbon, a construit des mines hautement mécanisées (Sasol) qui approvisionnent des unités CTL (Coal to Liquids), dont la production repose sur deux synthèses Fischer Tropsch différentes :

La production suffisait à son alimentation en carburants routiers. En 2006, ces unités couvrent à peu près un tiers des besoins sud-africains, et la société Sasol est devenue l'un des spécialistes mondiaux en la matière.

Après le premier choc pétrolier de 1973, qui a génèré l'augmentation du prix du pétrole brut, plusieurs sociétés et chercheurs ont essayé de perfectionner le procédé de base de Fischer-Tropsch, ce qui a donné naissance à une grande variété de procédés identiques, regroupés sous le volet de synthèse Fischer-Tropsch ou chimie Fischer-Tropsch.

Perspectives

Centrale de conversion Fischer-Tropsch à Güssing, Burgenland, Autriche
Conduites de la centrale de Güssing, Burgenland, Autriche

C'est dans les années 2000 et l'augmentation du prix du pétrole que le procédé retrouve un intérêt économique. Ainsi le département de la Défense des États-Unis a préconisé[réf.  nécessaire] en septembre 2005 le développement d'une industrie pétrolière basée sur l'exploitation des ressources énergétiques des États-Unis en charbon en vue de produire du carburant par le procédé Fischer-Tropsch et ainsi de ne pas être dépendant de ressources naturelles extérieures pour ses propres besoins.

Depuis 2006, un Bœing B-52 Stratofortress de l'US Air Force réalise des essais avec du carburant Fischer-Tropsch, en mélange à 50% ou pur. Pour le moment, c'est un succès qui va permettre à l'armée américaine de retrouver une indépendance stratégique pour son carburant militaire.

Le principe général de la réaction Fischer-Tropsch s'est énormément enrichi depuis l'origine, et a donné naissance à des procédés et appellations plus génériques, telles que CTL (Coal to Liquids), GTL (Gas to Liquids), BTL (Biomass to Liquids), quelquefois décrits génériquement par «xTL».

Les difficultés croissantes d'approvisionnement en pétrole, mais aussi la tendance à la hausse du prix de cette matière première, laissent envisager un renouveau d'intérêt pour cette application dans les pays où le charbon est abondant. Elle présente le désavantage d'un bilan CO2 particulièrement lourd qui pourrait cependant être limité en mettant en place des solutions de captage et de stockage de ce CO2. Le rendement énergétique global de cette technologie demeure aussi un point faible.

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Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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