Des chercheurs de l'Université de l'Alberta ont mis au point des techniques qui permettent de gagner beaucoup de temps dans le développement de technologies de capture du carbone plus efficaces, ce qui peut aider à réduire les coûts d'utilisation des technologies et à accroître leur adoption comme moyen d'atténuer les émissions de dioxyde de carbone.

Le professeur d'ingénierie de l'Université d'État, Arvind Rajendran, et son équipe ont mis au point un processus de sélection en deux étapes qui évalue les matériaux de capture du carbone appelés zéolites en quelques secondes plutôt qu'en un jour.

Les zéolites fonctionnent en adsorbant - essentiellement en adhérant - aux molécules de dioxyde de carbone, similaire à la façon dont les odeurs peuvent être captées par les filtres à charbon de nos réfrigérateurs. Dans les systèmes de captage du carbone, les gaz d'échappement « fumées » émis par une centrale électrique peuvent être passés à travers les zéolithes, piégeant le CO2 avant qu'il ne pénètre dans l'atmosphère. Théoriquement, des millions de types de matériaux différents peuvent adsorber le CO2, mais pour être efficace dans le cadre d'un processus industriel, une molécule doit coller au CO2 et le libérer également sur commande lorsque le dioxyde de carbone doit être piégé ou utilisé.

Cependant, toutes les zéolites ne sont pas égales, L'équipe de Rajendran explique, certains sont bien meilleurs que d'autres pour s'en tenir et libérer du CO2.

L'équipe, y compris le diplômé de la maîtrise Vishal Subramanian Balashankar, évalué 120, 000 zéolites et a pu les réduire à seulement 7, 000, qui pourraient ensuite être sélectionnés jusqu'à deux douzaines de bonnes cibles en utilisant des méthodes traditionnelles. L'un de ces matériaux semble être une amélioration significative par rapport au matériau standard actuel, zéolite-13x, résultant en une utilisation de l'énergie 17 pour cent plus efficace.

Le deuxième outil, créé en collaboration avec les professeurs d'ingénierie de l'U of A Vinay Prasad et Zukui Li, et les étudiants diplômés Kasturi Nagesh Pai et Gokul Subraveti ont utilisé des informations connues sur les molécules de capture de carbone pour prédire le comportement et les performances dans un système du monde réel.

L'utilisation d'un algorithme d'apprentissage automatique élimine le besoin de simuler les performances de chaque molécule, diminuer la charge de calcul d'un facteur 10 sans perdre en précision, a noté Rajendran.

Les technologies de capture du carbone peuvent empêcher les centrales électriques au charbon et au gaz naturel d'émettre du dioxyde de carbone, mais elles coûtent actuellement tellement cher à installer et à exploiter que les compagnies d'électricité hésitent à les utiliser, il ajouta.

"Notre rôle est de fournir ces outils pour aider les chimistes à trouver de meilleures molécules, et notre expertise est de concevoir des procédés qui utilisent les molécules pour capter le carbone, " expliqua Rajendran.

Trouver les matériaux parfaits qui s'intègrent dans cette zone de boucle d'or a toujours été un défi, mais les nouveaux outils d'apprentissage automatique du groupe orientent les chercheurs vers de nouveaux matériaux viables de capture du carbone, économiser des mois perdus dans des impasses ou travailler sur des matériaux inefficaces. Ils aident également les ingénieurs à comprendre quelle conception de capture du carbone serait la plus efficace.

Si les adsorbants sont comme des filtres de réfrigérateur au charbon, le machine learning aide les chercheurs à comprendre quelles marques sont les plus efficaces pour piéger les odeurs, et comment leur intégration dans le réfrigérateur peut changer l'effet.

Le processus traditionnel de prise de ces décisions était lent, s'appuyant sur un travail laborieux et des simulations informatiques poussées. Chaque molécule possible et chaque conception de système potentielle devaient être simulées individuellement, nécessitant une puissance de calcul extraordinaire.

« Il s'agit de trouver rapidement des molécules et des systèmes qui réduiront le coût de capture du carbone, de la ramener bien en deçà de la taxe carbone pour qu'elle soit effectivement adoptée, " a déclaré Rajendran.

Les techniques, récemment publié dans ACS Chimie et Ingénierie Durables et Recherche en chimie industrielle et technique , peut être adapté pour accélérer les découvertes sur d'autres types de matériaux et de processus liés au changement climatique et aux séparations de gaz industriels, y compris la valorisation du méthane et la purification de l'oxygène, des sujets que le groupe de recherche étudie actuellement.

« Nous avons besoin de sources d'énergie renouvelables, mais nous aurons ces systèmes d'hydrocarbures pour les années à venir, " at-il dit. " Cette technologie peut arrêter les émissions maintenant, et nous faire gagner du temps pour terminer la transition."