Vers 2800 avant JC, les anciens habitants d'Ur, La Mésopotamie a fait une découverte qui allait changer la civilisation. Ils ont appris que s'ils mélangeaient du cuivre et de l'étain dans un alliage, le nouveau matériau composite était plus résistant, plus utile, et plus précieux que n'importe quelle substance artificielle à ce jour. Il a donné son nom à toute l'époque qu'il a révolutionné. Bronze.

Plus de 4000 ans plus tard, dans une étude publiée dans Énergie naturelle ce mois-ci, des chercheurs de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto, l'Imperial College de Londres et la City University de Hong Kong, révèlent comment ils utilisent cette méthode séculaire pour développer de nouveaux matériaux tout aussi révolutionnaires qui résoudront l'un des énormes problèmes affectant le 21e siècle :comment capturer et stocker le dioxyde de carbone.

"Il est facile de négliger l'ampleur colossale du problème, " explique le professeur Easan Sivaniah, qui a dirigé l'étude sur le développement de membranes à matrice mixte (MMM), les superfiltres en polymère mince de haute technologie qui révolutionneront potentiellement la technologie de capture et de stockage du carbone (CSC). Les plus grandes centrales électriques au charbon peuvent émettre suffisamment de dioxyde de carbone en une seule journée pour remplir 12 fois la Grande Pyramide de Gizeh. Et il y a plus de cinq mille grandes centrales électriques basées sur des combustibles fossiles, avec une puissance moyenne d'environ 500 mégawatts, opérant à l'échelle mondiale avec plus à venir en ligne. Que c'est un volume phénoménal de gaz à effet de serre à séparer et à stocker.

"Jusqu'à présent, les technologies de membrane polymère pour les applications de séparation de gaz n'étaient pas à la hauteur, " dit Sivaniah. Soit ils sont trop lents, ou comme le révèle le journal, dans le cas des polymères à haute perméabilité, ils génèrent rarement une « sélectivité » suffisante - la capacité de séparer les gaz - pour un captage du CO2 économe en énergie. Cela a des implications financières majeures pour la mise en œuvre des technologies membranaires dans les projets de capture du carbone à grande échelle.

Là est le hic. Dans une étude publiée en 2016 dans Énergie naturelle , David M. Rainer de la Judge Business School de l'Université de Cambridge, a démontré comment la grande majorité des projets de démonstration de CSC d'un milliard de dollars lancés en Amérique du Nord, l'Union européenne et l'Australie à l'apogée 2005-2009 de l'optimisme du CSC sont désormais en ruines.

"Pour que CCS commence à jouer un rôle plus important dans la réalité plutôt que simplement dans les modèles de déploiement futur, " Rainer conclut, "il est impératif de commencer à différencier des technologies plus ou moins coûteuses [si] le CSC doit sortir de sa propre Vallée de la Mort".

Pr Tatsuo Masuda, l'ancien chef de projet de "The Carbon Management Coalition (CMC)", une initiative du Global Agenda Council on Decarbonizing Energy dans le cadre du Forum économique mondial, souligne :« Les technologies émergentes issues des universités les plus avancées, tels que ceux développés par le professeur Sivaniah à Kyoto, qui répondent à la fois aux problèmes de performances et de coûts du CSC, doit être accéléré vers des activités pilotes et de mise en œuvre, car le besoin de telles percées technologiques est le plus élevé qu'il n'ait jamais été. C'est la clé."

"Comme ces anciens Mésopotamiens, face à de nouvelles exigences, nous avions besoin de nouveaux matériaux révolutionnaires, " explique Sivaniah. Le groupe, très conscient des problèmes d'abordabilité, ainsi que la rapidité et la sélectivité, tourné vers les MOF. Ce sont les additifs nanométriques mis au point par l'éminent scientifique japonais Susumu Kitagawa. Incorporant ces nanoparticules révolutionnaires dans un polymère de pointe, PIM-1 découvert à l'origine à l'Université de Manchester par les professeurs Peter Budd et Neil McKeown, l'équipe internationale a réussi à créer des membranes à matrice mixte (MMM) avec des améliorations substantielles de la sélectivité.

"Nous avons considérablement amélioré leurs capacités, ce qui signifie que nous pouvons potentiellement apporter d'énormes réductions de coûts aux programmes de CSC à grande échelle. Une réduction par dix des coûts des grands projets n'est pas inimaginable, ce qui pourrait bien ramener les programmes de CSC dans le domaine de l'acceptabilité politique".