Le KAIST parvient à capturer plus de 95 % de CO₂ de haute pureté en utilisant uniquement l’énergie de chargement d’un smartphone

La capture directe de l’air (DAC) est une technologie qui filtre le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère à des concentrations extrêmement faibles (inférieures à 400 ppm). L’équipe de recherche du KAIST a désormais réussi à capturer plus de 95 % de dioxyde de carbone de haute pureté en utilisant uniquement une faible puissance équivalente à la tension de charge d’un smartphone (3 V), sans vapeur chaude ni installations complexes.

Alors que le coût énergétique élevé constituait le principal obstacle aux technologies DAC conventionnelles, cette étude est considérée comme une avancée majeure démontrant un réel potentiel de commercialisation. Des demandes de brevet ont déjà été déposées à l’étranger, et comme cette technologie peut être facilement associée à des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne, elle est présentée comme un « changement radical » susceptible d’accélérer la transition vers des processus neutres en carbone.

Le KAIST (président Kwang Hyung Lee) a annoncé le 25 août que l’équipe de recherche du professeur Dong-Yeun Koh du département d’ingénierie chimique et biomoléculaire, en collaboration avec le groupe du professeur T. Alan Hatton du département d’ingénierie chimique du MIT, a mis au point la première technologie e-DAC (Electrified Direct Air Capture) ultra-efficace au monde, basée sur des nanofibres d’argent conductrices.

Les procédés DAC conventionnels nécessitaient de la vapeur à haute température (plus de 100 °C) lors de la phase de régénération, au cours de laquelle le dioxyde de carbone absorbé ou adsorbé est à nouveau séparé. Ce processus consomme environ 70 % de l’énergie totale, ce qui rend l’efficacité énergétique cruciale, et nécessite des systèmes d’échange thermique complexes, ce qui rend difficile la réduction des coûts. L’équipe de recherche conjointe, dirigée par le KAIST, a résolu ce problème grâce à des « fibres qui se chauffent électriquement », en adoptant le chauffage par effet Joule, une méthode qui génère de la chaleur en faisant passer directement de l’électricité à travers les fibres, comme dans une couverture électrique. En ne chauffant que là où cela est nécessaire, sans source de chaleur externe, les pertes d’énergie ont été considérablement réduites.

Cette technologie permet de chauffer rapidement les fibres à 110 °C en 80 secondes avec seulement 3 V, soit le niveau d’énergie nécessaire pour recharger un smartphone. Cela raccourcit considérablement les cycles d’adsorption-désorption, même dans des environnements à faible puissance, tout en réduisant les pertes de chaleur inutiles d’environ 20 % par rapport aux technologies existantes.

Le cœur de cette recherche ne consistait pas seulement à fabriquer des fibres conductrices, mais à réaliser un « revêtement conducteur respirant » qui assure à la fois la « conductivité électrique » et la « diffusion des gaz ».

L’équipe a recouvert uniformément les surfaces poreuses des fibres d’un composite de nanofils et de nanoparticules d’argent, formant une couche d’environ 3 micromètres (µm) d’épaisseur, bien plus fine qu’un cheveu humain. Cette « structure poreuse continue en 3D » a permis d’obtenir une excellente conductivité électrique tout en garantissant des voies de circulation fluides pour les molécules de CO₂ dans les fibres, ce qui a permis un chauffage uniforme et rapide et une capture efficace du CO₂.

De plus, lorsque plusieurs fibres ont été modularisées et connectées en parallèle, la résistance totale est tombée en dessous de 1 ohm (Ω), prouvant ainsi l’évolutivité vers des systèmes à grande échelle. L’équipe a réussi à récupérer plus de 95 % de CO₂ de haute pureté dans des conditions atmosphériques réelles.

Cette réussite est le fruit de cinq années de recherches approfondies menées depuis 2020. Il est remarquable de constater qu’à la fin de l’année 2022, bien avant la publication de l’article, la technologie de base avait déjà fait l’objet d’une demande de brevet PCT et de brevets nationaux/internationaux (WO2023068651A1, pays concernés : États-Unis, EP, JP, AU, CN), garantissant ainsi les droits de propriété intellectuelle fondamentaux. Cela indique que cette technologie est non seulement très avancée, mais qu’elle a également été développée dans une optique de commercialisation pratique au-delà du niveau du laboratoire.

La plus grande innovation de cette technologie réside dans le fait qu’elle fonctionne uniquement à l’électricité, ce qui la rend très facile à intégrer avec des sources d’énergie renouvelables telles que le solaire et l’éolien. Elle répond parfaitement aux besoins des entreprises mondiales qui ont déclaré RE100 et cherchent à passer à des processus neutres en carbone.

Le professeur Dong-Yeun Koh de KAIST a indiqué : « La capture directe de l’air (DAC) n’est pas seulement une technologie permettant de réduire les émissions de dioxyde de carbone, mais aussi un moyen essentiel d’atteindre des « émissions négatives » en purifiant l’air lui-même. La technologie DAC à base de fibres conductrices que nous avons développée peut être appliquée non seulement aux sites industriels, mais aussi aux systèmes urbains, contribuant ainsi de manière significative à faire de la Corée un pays leader dans les technologies DAC futures. »

Cette étude a été dirigée par Young Hun Lee (PhD, diplômé de KAIST en 2023 ; actuellement au département de génie chimique du MIT) et coécrite par Jung Hun Lee et Hwajoo Joo (MIT, département de génie chimique). Les résultats ont été publiés en ligne le 1er août 2025 dans Advanced Materials, l’une des principales revues mondiales dans le domaine de la science des matériaux, et en reconnaissance de son excellence, le travail a également été sélectionné pour la couverture intérieure.

Titre de l’article : « Design of Electrified Fiber Sorbents for Direct Air Capture with Electrically-Driven Temperature Vacuum Swing Adsorption » – DOI : 10.1002/adma.202504542