Gazéification de biomasse en lit fluidisé sous O2-H2O : comment maximiser le rendement en gaz de synthèse H2 +CO ? // Biomass gasification in O2-H2O fed fluidized bed : how to maximize the syngas yield?

Dans un contexte de raréfaction des ressources pétrolières et de transition écologique, l'utilisation de biomasses (déchets de bois, déchets agricoles, etc…) comme source d'énergie est une option prometteuse. Cependant, de nombreux défis scientifiques et techniques sont aujourd'hui à relever pour permettre la valorisation de ces biomasses en carburants et matériaux.
Parmi les technologies de transformation thermochimique de la biomasse, la gazéification permet de produire un gaz riche en H2 et CO. Jusqu'à présent le gaz obtenu est souvent dilué par l'azote de l'air ce qui rend difficile sa valorisation en molécules d'intérêt (méthanol, éthanol…). Une stratégie alternative consiste à alimenter un gazéifieur en lit fluidisé par un mélange O2 / H2O (au lieu de l'air). Cependant cette stratégie a été peu étudiée. En outre, le lit fluidisé présente non seulement des avantages (excellent transfert thermique, capacité à traiter différentes biomasses), mais aussi des inconvénients (élutriation des particules de charbon, teneur en goudrons relativement élevée). Cette thèse doit permettre de progresser sur les connaissances relatives à cette technologie, en particulier pour ce qui concerne les inconvénients identifiés. Seront également étudiés des solutions innovantes pour réduire la perte de carbone - sous forme de charbon ou de goudrons - et ainsi maximiser le rendement en gaz de synthèse H2+ CO.
Au sein du Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP), l'équipe GREENER, a développé différents bancs d'essai qui pourront être mobilisés au cours de ces travaux : un lit fluidisé pilote continu permettant de traiter des débits de l'ordre du kg/h de biomasse ainsi qu'un micro lit fluidisé batch qui permet de se focaliser sur quelques particules de biomasse (quelques grammes).
Ces travaux bénéficieront du soutien analytique approprié afin de caractériser les produits via les nombreuses méthodes développées au LRGP (analyse micro-GC, spectromètre de masse en ligne, bilan atomique, propriétés structurales, UV, RMN, etc.).
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In the context of the backdrop of dwindling oil resources and the ecological transition, the use of biomass (wood waste, agricultural waste, etc.) as an energy source is a promising option. However, numerous scientific and technical challenges must be overcome today to enable the conversion of this biomass into fuels and materials.
Among the technologies for the thermochemical conversion of biomass, gasification produces a gas rich in H₂ and CO. Until now, the resulting gas has often been diluted with atmospheric nitrogen, making it difficult to convert it into useful molecules (methanol, ethanol, etc.). An alternative strategy involves feeding a fluidized-bed gasifier with a mixture of O₂ and H₂O (instead of air). However, this strategy has been little studied. Furthermore, the fluidized bed offers not only advantages (excellent heat transfer, ability to process different types of biomass) but also disadvantages (elutriation of coal particles, relatively high tar content). This thesis aims to advance our understanding of this technology, particularly with regard to the identified drawbacks. Innovative solutions to reduce carbon loss—in the form of coal or tars—and thereby maximize the yield of H₂ + CO synthesis gas will also be studied.
Within the Reactions and Process Engineering Laboratory (LRGP), the GREENER team has developed various test benches that can be utilized during this research: a continuous pilot-scale fluidized bed capable of processing biomass flow rates on the order of kg/h, as well as a batch-type micro-fluidized bed that allows for a focus on a few biomass particles (a few grams).
This research will benefit from appropriate analytical support to characterize the products using the numerous methods developed at the LRGP (micro-GC analysis, online mass spectrometry, atomic composition analysis, structural properties, UV, NMR, etc.).
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Début de la thèse : 01/11/2026

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Lorraine

608 SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE

Profil du candidat : • Titulaire Master 2 ou Diplôme Ingénieur en Génie des procédés • Compétences souhaitées : ◦ Génie des Procédés (bilans matière/énergie, Génie de la réaction chimique) ◦ Thermodynamique (équilibres de phases) et Transferts de chaleur-matière ◦ Analyses chimiques (chromatographie, RMN, spectrométrie de masse) ◦ Caractérisations physico-chimiques des solides (analyses thermiques, granulométrie) • Langues : Français (courant) et/ou Anglais (courant)
Candidate Profile: • Master's degree (M2) or engineering degree in Chemical Engineering • Desired skills: ◦ Chemical Engineering (material and energy balances, chemical reaction engineering) ◦ Thermodynamics (phase equilibria) and heat and mass transfer ◦ Chemical analysis (chromatography, NMR, mass spectrometry) ◦ Physicochemical characterization of solids (thermal analysis, particle size analysis) • Languages: French (fluent) and/or English (fluent)