Un matériau conçu par les ingénieurs chimistes du MIT peut réagir avec le dioxyde de carbone de l'air, grandir, renforcer, et même se réparer. Le polymère, qui pourrait un jour être utilisé comme matériau de construction ou de réparation ou pour des revêtements protecteurs, convertit en continu le gaz à effet de serre en un matériau à base de carbone qui se renforce.

La version actuelle du nouveau matériau est une substance synthétique semblable à un gel qui effectue un processus chimique similaire à la façon dont les plantes incorporent le dioxyde de carbone de l'air dans leurs tissus en croissance. Le matériel pourrait, par exemple, être transformé en panneaux d'une matrice légère qui pourraient être expédiés sur un chantier de construction, où ils durciraient et se solidifieraient juste de l'exposition à l'air et au soleil, économisant ainsi sur l'énergie et le coût du transport.

La découverte est décrite dans un article de la revue Matériaux avancés , par le professeur Michael Strano, post-doctorant Seon-Yeong Kwak, et huit autres au MIT et à l'Université de Californie à Riverside

"Il s'agit d'un tout nouveau concept en science des matériaux, " dit Strano, le professeur Carbon C. Dubbs de génie chimique. "Ce que nous appelons des matériaux fixateurs de carbone n'existe pas encore aujourd'hui" en dehors du domaine biologique, il dit, décrivant les matériaux qui peuvent transformer le dioxyde de carbone dans l'air ambiant en un solide, forme stable, en utilisant uniquement la puissance de la lumière du soleil, tout comme les plantes.

Développer un matériau synthétique qui non seulement évite l'utilisation de combustibles fossiles pour sa création, mais consomme en fait du dioxyde de carbone de l'air, présente des avantages évidents pour l'environnement et le climat, soulignent les chercheurs. "Imaginez un matériau synthétique qui pourrait pousser comme des arbres, extraire le carbone du dioxyde de carbone et l'incorporer dans le squelette du matériau, " dit Strano.

Le matériel que l'équipe a utilisé dans ces premières expériences de validation de principe utilisait un composant biologique :les chloroplastes, les composants qui captent la lumière dans les cellules végétales, que les chercheurs ont obtenu à partir de feuilles d'épinards. Les chloroplastes ne sont pas vivants mais catalysent la réaction du dioxyde de carbone en glucose. Les chloroplastes isolés sont assez instables, ce qui signifie qu'ils ont tendance à cesser de fonctionner après quelques heures lorsqu'ils sont retirés de la plante. Dans leur papier, Strano et ses collaborateurs démontrent des méthodes pour augmenter considérablement la durée de vie catalytique des chloroplastes extraits. Dans les travaux en cours et futurs, le chloroplaste est remplacé par des catalyseurs d'origine non biologique, Strano explique.

Le matériel utilisé par les chercheurs, une matrice de gel composée d'un polymère à base d'aminopropyl méthacrylamide (APMA) et de glucose, une enzyme appelée glucose oxydase, et les chloroplastes, devient plus fort en incorporant le carbone. Il n'est pas encore assez solide pour être utilisé comme matériau de construction, bien qu'il puisse fonctionner comme matériau de remplissage ou de revêtement de fissures, disent les chercheurs.

L'équipe a élaboré des méthodes pour produire des matériaux de ce type à la tonne, et se concentre désormais sur l'optimisation des propriétés du matériau. Des applications commerciales telles que les revêtements auto-cicatrisants et le remplissage de fissures sont réalisables à court terme, ils disent, tandis que des progrès supplémentaires dans la chimie du squelette et la science des matériaux sont nécessaires avant que les matériaux de construction et les composites puissent être développés.

L'un des principaux avantages de ces matériaux est qu'ils s'auto-répareraient lors d'une exposition au soleil ou à un éclairage intérieur, dit Strano. Si la surface est rayée ou fissurée, la zone touchée se développe pour combler les lacunes et réparer les dommages, sans nécessiter aucune action extérieure.

Bien qu'il y ait eu de nombreux efforts pour développer des matériaux d'auto-guérison qui pourraient imiter cette capacité des organismes biologiques, disent les chercheurs, ceux-ci ont tous exigé une entrée extérieure active pour fonctionner. Chauffage, Lumière UV, Stress mécanique, ou un traitement chimique était nécessaire pour activer le processus. Par contre, ces matériaux n'ont besoin que de lumière ambiante, et ils incorporent la masse du carbone dans l'atmosphère, qui est omniprésent.

Le matériau commence comme un liquide, Kwak dit, ajouter, « C'est excitant de le voir alors qu'il commence à grandir et à se regrouper » sous une forme solide.

"La science des matériaux n'a jamais rien produit de tel, " Strano dit. "Ces matériaux imitent certains aspects de quelque chose de vivant, même s'il ne se reproduit pas." Parce que la découverte ouvre un large éventail de recherches de suivi possibles, le département américain de l'Énergie parraine un nouveau programme dirigé par Strano pour le développer davantage.

"Notre travail montre que le dioxyde de carbone n'a pas besoin d'être purement un fardeau et un coût, " dit Strano. " C'est aussi une opportunité à cet égard. Il y a du carbone partout. Nous construisons le monde avec du carbone. Les humains sont faits de carbone. Fabriquer un matériau qui peut accéder au carbone abondant qui nous entoure est une opportunité importante pour la science des matériaux. De cette façon, notre travail consiste à fabriquer des matériaux qui ne sont pas seulement neutres en carbone, mais négatif en carbone."

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.