Un nanomatériau économique promet d’éliminer le CO2 des usines

Le collège des sciences de l’Université d’État de l’Oregon a dévoilé les capacités prometteuses d’un matériau nanotechnologique (nanomatériau) peu coûteux capable d’éliminer le dioxyde de carbone des émissions industrielles.

Les travaux parus dans la revue Cell Reports Physical Science, offrent un éclairage crucial dans la recherche de méthodes de capture du carbone plus efficaces.

La problématique du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre se produit à l’occasion de la combustion des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon, etc.). À l’échelle mondiale, des installations visant à filtrer ce gaz de l’air commencent à émerger. L’usine la plus importante, inaugurée en Islande en 2021, parvient à éliminer une quantité de dioxyde de carbone équivalente à l’émission annuelle d’environ 800 voitures.

Malgré ces efforts, ces installations ne sont pas encore en mesure de résoudre de manière significative le problème des émissions mondiales.

Le potentiel des MOFs

C’est ici que les travaux de l’Université d’État de l’Oregon se révèlent essentiels. Les technologies pour réduire le dioxyde de carbone au point d’entrée dans l’atmosphère, comme les usines, sont relativement bien développées. L’une de ces technologies concerne les nanomatériaux appelés MOFs (Metal Organic Frameworks), qui sont en mesure d’intercepter les molécules de dioxyde de carbone par adsorption lorsque les gaz de combustion traversent les cheminées des usines.

« La capture du dioxyde de carbone est essentielle pour atteindre les objectifs d’émissions nettes nulles« , a indiqué Kyriakos Stylianou, professeur assistant en chimie à l’Université d’État de l’Oregon et directeur de l’étude.

Les MOFs se sont révélés prometteurs pour la capture du carbone en raison de leur porosité et de leur flexibilité structurelle. Cependant, leur synthèse nécessite souvent l’utilisation de réactifs coûteux, aussi bien sur le plan économique qu’environnemental.

Le défi de l’eau et la solution

De plus, la présence d’eau dans les gaz de combustion rend l’élimination du dioxyde de carbone particulièrement complexe. De nombreux MOFs ayant démontré un potentiel pour la capture du carbone perdent leur efficacité dans des conditions humides. « Nous avons cherché à créer un MOF qui répondrait aux diverses limitations des matériaux actuellement utilisés dans la capture du carbone: coût élevé, faible sélectivité pour le dioxyde de carbone, faible stabilité dans des conditions humides, et faible capacité d’absorption du CO2« , a précisé Kyriakos Stylianou.

La solution proposée par le professeur et son équipe est un MOF composé d’aluminium et d’un ligand facilement accessible, l’acide benzène-1,2,4,5-tétracarboxylique.

« La synthèse du MOF se fait dans l’eau et ne prend que quelques heures. Et le MOF a des pores de taille comparable à celle des molécules de CO2, offrant ainsi un espace confiné pour ‘incarcérer’ le dioxyde de carbone« , explique t-il. Ce MOF fonctionne bien dans des conditions humides et présente une préférence pour le dioxyde de carbone par rapport à l’azote.

En synthèse

D’un côté, l’importance de la capture du carbone dans la lutte contre le changement climatique est envisageable. De l’autre, les technologies actuelles présentent des limitations considérables en termes de coût et d’efficacité. Le MOF mis au point par l’équipe de l’Université d’État de l’Oregon semble apporter une réponse viable et économique à ces défis.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qu’un MOF ?

Les MOFs sont des matériaux poreux et cristallins, composés d’ions métalliques chargés positivement entourés de molécules organiques « linker » appelées ligands.

2. Pourquoi le MOF est-il prometteur dans la capture du carbone ?

Grâce à leur porosité et leur flexibilité structurelle, les MOFs peuvent intercepter les molécules de dioxyde de carbone lors de leur passage dans les cheminées des usines.

3. Quel est le principal avantage du MOF développé par l’équipe de l’Université d’État de l’Oregon ?

Le MOF en question a la capacité de fonctionner efficacement dans des conditions humides, et a une préférence pour le dioxyde de carbone par rapport à l’azote, ce qui est essentiel pour une capture efficace du carbone.

Pour plus d’informations : Ryan P. Loughran et al, CO2 capture from wet flue gas using a water-stable and cost-effective metal-organic framework, Cell Reports Physical Science (2023). DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101470