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  • Des ingénieurs développent une nouvelle façon d'éliminer le dioxyde de carbone de l'air

    Dans ce schéma du nouveau système, l'air entrant par le haut à droite passe dans l'une des deux chambres (les structures rectangulaires grises) contenant des électrodes de batterie qui attirent le dioxyde de carbone. Ensuite, le flux d'air est basculé vers l'autre chambre, tandis que le dioxyde de carbone accumulé dans la première chambre est évacué dans un réservoir de stockage séparé (à droite). Ces flux alternés permettent un fonctionnement continu du procédé en deux étapes. Crédit : Institut de technologie du Massachusetts

    Une nouvelle façon d'éliminer le dioxyde de carbone d'un flux d'air pourrait constituer un outil important dans la lutte contre le changement climatique. Le nouveau système peut fonctionner sur le gaz à pratiquement n'importe quel niveau de concentration, même jusqu'aux quelque 400 parties par million actuellement présentes dans l'atmosphère.

    La plupart des méthodes d'élimination du dioxyde de carbone d'un flux de gaz nécessitent des concentrations plus élevées, tels que ceux trouvés dans les émissions de fumées des centrales électriques à combustibles fossiles. Quelques variantes ont été développées qui peuvent fonctionner avec les faibles concentrations trouvées dans l'air, mais la nouvelle méthode est nettement moins énergivore et coûteuse, disent les chercheurs.

    La technique, basé sur le passage d'air à travers un empilement de plaques électrochimiques chargées, est décrit dans un nouvel article de la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement , par le postdoctorant MIT Sahag Voskian, qui a développé le travail pendant son doctorat, et T. Alan Hatton, le professeur Ralph Landau de génie chimique.

    L'appareil est essentiellement un grand, batterie spécialisée qui absorbe le dioxyde de carbone de l'air (ou d'un autre flux de gaz) passant sur ses électrodes lors de sa charge, puis libère le gaz au fur et à mesure de son évacuation. En opération, l'appareil alternerait simplement entre charge et décharge, avec de l'air frais ou du gaz d'alimentation soufflé à travers le système pendant le cycle de charge, et puis le pur, du dioxyde de carbone concentré étant soufflé pendant la décharge.

    Au fur et à mesure que la batterie se charge, une réaction électrochimique a lieu à la surface de chacun d'un empilement d'électrodes. Ceux-ci sont recouverts d'un composé appelé polyanthraquinone, qui est composé de nanotubes de carbone. Les électrodes ont une affinité naturelle pour le dioxyde de carbone et réagissent facilement avec ses molécules dans le flux d'air ou le gaz d'alimentation, même lorsqu'il est présent à de très faibles concentrations. La réaction inverse a lieu lorsque la batterie est déchargée - au cours de laquelle l'appareil peut fournir une partie de l'énergie nécessaire à l'ensemble du système - et, ce faisant, éjecte un flux de dioxyde de carbone pur. L'ensemble du système fonctionne à température ambiante et à pression atmosphérique normale.

    Crédit : Institut de technologie du Massachusetts

    « Le plus grand avantage de cette technologie par rapport à la plupart des autres technologies de capture ou d'absorption du carbone est la nature binaire de l'affinité de l'adsorbant pour le dioxyde de carbone, " explique Voskian. En d'autres termes, le matériau de l'électrode, par sa nature, "a soit une affinité élevée, soit aucune affinité, " en fonction de l'état de charge ou de décharge de la batterie. D'autres réactions utilisées pour le captage du carbone nécessitent des étapes intermédiaires de traitement chimique ou l'apport d'une énergie importante comme de la chaleur, ou des différences de pression.

    "Cette affinité binaire permet de capter le dioxyde de carbone à partir de n'importe quelle concentration, dont 400 parties par million, et permet sa libération dans n'importe quel flux porteur, dont 100 pour cent de CO 2 , " dit Voskian. au fur et à mesure que du gaz traverse l'empilement de ces cellules électrochimiques plates, pendant l'étape de libération, le dioxyde de carbone capturé sera emporté avec lui. Par exemple, si le produit final souhaité est du dioxyde de carbone pur à utiliser dans la carbonatation des boissons, puis un courant de gaz pur peut être soufflé à travers les plaques. Le gaz capturé est ensuite libéré des plaques et rejoint le flux.

    Dans certaines usines d'embouteillage de boissons gazeuses, le combustible fossile est brûlé pour générer le dioxyde de carbone nécessaire pour donner aux boissons leur pétillant. De la même manière, certains agriculteurs brûlent du gaz naturel pour produire du dioxyde de carbone pour nourrir leurs plantes dans les serres. Le nouveau système pourrait éliminer ce besoin de combustibles fossiles dans ces applications, et ce faisant, éliminer les gaz à effet de serre de l'air, dit Voskian. Alternativement, le flux de dioxyde de carbone pur pourrait être comprimé et injecté sous terre pour une élimination à long terme, ou même transformé en carburant par une série de processus chimiques et électrochimiques.

    Le processus utilisé par ce système pour capturer et libérer le dioxyde de carbone « est révolutionnaire », dit-il. "Tout cela est dans des conditions ambiantes - il n'y a pas besoin de thermique, pression, ou un apport chimique. C'est juste ces feuilles très minces, avec les deux surfaces actives, qui peut être empilé dans une boîte et connecté à une source d'électricité."

    « Dans mes laboratoires, nous nous sommes efforcés de développer de nouvelles technologies pour faire face à une série de problèmes environnementaux qui évitent le besoin de sources d'énergie thermique, changements dans la pression du système, ou l'ajout de produits chimiques pour compléter les cycles de séparation et de libération, " dit Hatton. " Cette technologie de capture du dioxyde de carbone est une démonstration claire de la puissance des approches électrochimiques qui ne nécessitent que de petites variations de tension pour conduire les séparations. "

    Un flux d'air ou de fumées (bleu) contenant du dioxyde de carbone (rouge) pénètre dans le système par la droite. En passant entre les plaques d'électrodes minces de la batterie, le dioxyde de carbone se fixe aux plaques chargées tandis que le flux d'air nettoyé passe à travers et sort à gauche. Crédit : Institut de technologie du Massachusetts

    Dans une usine de travail, par exemple, dans une centrale électrique où les gaz d'échappement sont produits en continu - deux ensembles de tels empilements de cellules électrochimiques pourraient être installés côte à côte pour fonctionner en parallèle, les gaz de combustion étant dirigés d'abord vers un ensemble pour la capture du carbone, puis dévié vers le deuxième ensemble tandis que le premier ensemble entre dans son cycle de décharge. En alternant des allers-retours, le système pourrait toujours à la fois capter et décharger le gaz. Dans le laboratoire, l'équipe a prouvé que le système peut supporter au moins 7, 000 cycles de charge-décharge, avec une perte d'efficacité de 30 pour cent au cours de cette période. Les chercheurs estiment qu'ils peuvent facilement améliorer cela à 20, 000 à 50, 000 cycles.

    Les électrodes elles-mêmes peuvent être fabriquées par des procédés de traitement chimique standard. Alors qu'aujourd'hui cela se fait en laboratoire, il peut être adapté pour qu'à terme ils puissent être fabriqués en grande quantité grâce à un procédé de fabrication rouleau à rouleau similaire à une presse à imprimer de journaux, dit Voskian. « Nous avons développé des techniques très rentables, " il dit, estimer qu'il pourrait être produit pour quelque chose comme des dizaines de dollars par mètre carré d'électrode.

    Par rapport aux autres technologies de capture du carbone existantes, ce système est assez économe en énergie, utilisant environ un gigajoule d'énergie par tonne de dioxyde de carbone capté, régulièrement. D'autres méthodes existantes ont des consommations énergétiques qui varient entre un à 10 gigajoules par tonne, en fonction de la concentration en dioxyde de carbone à l'entrée, dit Voskian.

    Les chercheurs ont créé une société appelée Verdox pour commercialiser le procédé, et espère développer une usine pilote dans les prochaines années, il dit. Et le système est très facile à étendre, il dit :« Si vous voulez plus de capacité, vous avez juste besoin de faire plus d'électrodes."

    Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.




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