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Conception d'une architecture tandem de Photo-Electro-Catalyse intégré (PEC) par l'optimisation optique et hydrodynamique des transferts de masse et de chaleur

Défi technologique : Energie solaire pour la transition énergétique (en savoir +)

Département : Département Thermique Conversion et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire : Laboratoire des technologie thermodynamqiues et solaires

Date de début : 01-01-2023

Localisation : Grenoble

Code CEA : SL-DRT-23-0661

Contact : estelle.lebaron@cea.fr

Dans un contexte européen du Net Zero avec une neutralité carbone à atteindre en 2050 par la defossilisation des énergies, un système énergétique décarboné peut intégrer divers technologies de conversion directe du soleil en solar Fuel. La Photo-Electro-Catalyse (PEC) est une technologie destinée à compléter à moyen terme, 2030 environ, la stratégie de production des carburants solaires en compléments des solutions PV et electrolyseurs en cours de déploiement industriels. Les présents travaux visent l'étude de l'apport solaire optimal vers les dispositifs de Photo-Electro-Catalyse PEC avec les objectifs suivants : ? Un rendement surfacique optimisé et une maximisation des surfaces exploitables (zones urbaines, surfaces industrielles) par la maximisation de la conversion du spectre solaire. ? Une durabilité accrue : l'intégration optique, électrochimique et l'intégration thermique permet l'optimisation du fonctionnement pour réduire les pertes de transferts (réseaux, thermiques) ? Une minimisation de la quantité de matériaux critiques employés, réduisant ainsi le coût et l'impact environnemental des carburants solaires. Sur la base de résultats préliminaires, l'objectif de cette thèse co-encadrée par ENGIE est de définir les optima de valorisation du spectre solaire et de faire émerger, tester les architectures de photo-réacteurs et systèmes capable de produire de l'hydrogène de manière autonome, à bas coût et à basse température. La mise en oeuvre des essais permettra d'avoir un regard expérimental sur le fonctionnement de ces technologies, sur l'instrumentation spécifique et les incertitudes de mesures associées. L'analyse des résultats permettra d'évaluer le rendement de production en fonction des paramètres mesurés afin de les corréler avec les modélisations optiques, thermiques et hydrodynamique précédemment réalisées. Le verrou à lever au niveau du réacteur est sa caractérisation en environnement contrôlé, puis réel en fonction de données environnementales, pour évaluer ses performances en vue de renforcer sa compétitivité par rapport aux systèmes non intégrés.

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