Des scientifiques dévoilent une nouvelle méthode de capture du carbone qui extrait le CO2 directement de l’air

En tirant parti de la technologie alimentée par l’humidité, les scientifiques ont découvert plusieurs nouveaux ions qui facilitent la séquestration du carbone à faible énergie.

Alors que la communauté mondiale s’oriente progressivement vers la décarbonation des opérations industrielles, il est impératif non seulement d’empêcher la production de nouveau carbone atmosphérique, mais également d’extraire le dioxyde de carbone déjà présent.

Alors que le captage traditionnel du carbone se concentre sur la collecte du CO2 directement à partir de son point d’émission dans des processus à forte teneur en carbone, le « captage direct de l’air » (DAC) consiste à extraire le carbone des conditions atmosphériques générales. Cette méthode devient de plus en plus importante dans la lutte contre le changement climatique, d’autant plus que notre dépendance aux combustibles fossiles diminue, réduisant ainsi la nécessité de capter le carbone directement à sa source.

Une nouvelle recherche de l’Université Northwestern montre une nouvelle approche pour capturer le carbone des conditions environnementales ambiantes, qui examine la relation entre l’eau et le dioxyde de carbone dans les systèmes pour éclairer la technique du « balancement de l’humidité », qui capture le CO2 à faible humidité et le libère à des humidités élevées. . L’approche intègre des méthodologies cinétiques innovantes et une diversité d’ions, permettant l’élimination du carbone de pratiquement n’importe où.

L’étude a été récemment publiée dans la revue Sciences et technologies environnementales.

“Nous élargissons et optimisons non seulement le choix des ions pour le captage du carbone, mais nous aidons également à découvrir les fondements fondamentaux des interactions complexes fluide-surface”, a déclaré Vinayak P. Dravid de Northwestern, auteur principal de l’étude. “Ce travail fait progresser notre compréhension collective du DAC, et nos données et analyses donnent une forte impulsion à la communauté, tant aux théoriciens qu’aux expérimentateurs, pour améliorer davantage le captage du carbone dans des conditions pratiques.”

Dravid est professeur Abraham Harris de science et d’ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern et directeur des initiatives mondiales à l’Institut international de nanotechnologie. doctorat les étudiants, John Hegarty et Benjamin Shindel, étaient les co-premiers auteurs de l’article.

Shindel a déclaré que l’idée derrière le document venait du désir d’utiliser les conditions environnementales ambiantes pour faciliter la réaction.

“Nous avons aimé la capture du carbone par humidité, car elle n’a pas de coût énergétique défini”, a déclaré Shindel. “Même si une certaine quantité d’énergie est nécessaire pour humidifier un volume d’air, idéalement, vous pourriez obtenir de l’humidité” gratuitement “, énergétiquement, en vous appuyant sur un environnement doté de réservoirs naturels d’air sec et humide proches les uns des autres.”

De nouveaux ions ont facilité la capture du carbone. Crédit : Laboratoire Dravid / Université Northwestern

Le groupe a également augmenté le nombre d’ions utilisés pour rendre la réaction possible.

“Non seulement nous avons doublé le nombre d’ions qui présentent la capture de carbone souhaitée en fonction de l’humidité, mais nous avons également découvert les systèmes les plus performants à ce jour”, a déclaré John Hegarty.

Ces dernières années, la capture des fluctuations d’humidité a pris son essor. Les méthodes traditionnelles de capture du carbone utilisent des sorbants pour capturer le CO2 aux points de source, puis utilisent la chaleur ou le vide généré pour libérer le CO2 du sorbant. Cela s’accompagne d’un coût énergétique élevé.

« La capture traditionnelle du carbone retient étroitement le CO2, ce qui signifie qu’il faut beaucoup d’énergie pour le libérer et le réutiliser », a déclaré Hegarty.

Cela ne fonctionne pas non plus partout, a déclaré Shindel. L’agriculture, les fabricants de béton et d’acier, par exemple, sont des contributeurs majeurs aux émissions mais ont une empreinte carbone importante qui rend impossible la capture du carbone à une seule source.

Shindel a ajouté que les pays les plus riches devraient s’efforcer de réduire leurs émissions en dessous de zéro, alors que les pays en développement, qui dépendent davantage de l’économie du carbone, réduisent leur production de CO2.

Un autre auteur principal, le professeur de chimie Omar Farha, a de l’expérience dans l’exploration du rôle des structures à structure d’oxyde métallique (MOF) pour diverses applications, notamment le captage et la séquestration du CO2.

« Le CAD est un problème complexe et multiforme qui nécessite une approche interdisciplinaire », a déclaré Farha. « Ce que j’apprécie dans ce travail, ce sont les mesures détaillées et minutieuses de paramètres complexes. Tout mécanisme proposé doit expliquer ces observations complexes.

Dans le passé, les chercheurs se sont concentrés sur les ions carbonate et phosphate pour faciliter la capture des variations d’humidité et ont émis des hypothèses spécifiques sur la raison pour laquelle ces ions spécifiques sont efficaces. Mais l’équipe de Dravid souhaitait tester un plus large éventail d’ions pour voir lesquels étaient les plus efficaces. Dans l’ensemble, ils ont découvert que les ions ayant la valence la plus élevée – principalement les phosphates – étaient les plus efficaces et ils ont commencé à parcourir une liste d’ions polyvalents, en excluant certains, ainsi qu’à trouver de nouveaux ions qui fonctionnaient pour cette application, notamment le silicate et le borate.

L’équipe estime que les expériences futures, associées à la modélisation informatique, permettront de mieux expliquer pourquoi certains ions sont plus efficaces que d’autres.

Certaines entreprises s’efforcent déjà de commercialiser le captage direct du carbone atmosphérique, en utilisant des crédits carbone pour inciter les entreprises à compenser leurs émissions. Beaucoup capturent du carbone qui aurait déjà été capturé grâce à des activités telles que des pratiques agricoles modifiées, alors que cette approche séquestre sans ambiguïté le CO2 directement de l’atmosphère, où il pourrait ensuite être concentré et finalement stocké ou réutilisé.

L’équipe de Dravid prévoit d’intégrer de tels matériaux de capture du CO2 à leur ancienne plateforme d’éponge poreusequi a été développé pour éliminer les toxines environnementales, notamment le pétrole, les phosphates et les microplastiques.

Référence : « Expanding the Library of Ions for Moisture-Swing Carbon Capture » par John Hegarty, Benjamin Shindel, Daria Sukhareva, Michael L. Barsoum, Omar K. Farha et Vinayak Dravid, 3 octobre 2023, Sciences et technologies environnementales.
DOI : 10.1021/acs.est.3c02543

La recherche sur le captage direct du dioxyde de carbone dans l’air a été soutenue par le ministère de l’Énergie (DOE-BES DE-SC0022332) et a utilisé les installations de ressources SHyNE, soutenues par le programme NSF-NNCI (NSF ECCS-2025633).