Des chimistes de l'Université de Bayreuth ont mis au point un matériau qui pourrait bien apporter une contribution importante à la protection du climat et à la production industrielle durable. Avec ce matériel, le gaz à effet de serre dioxyde de carbone (CO₂) peut être spécifiquement séparé des gaz résiduaires industriels, gaz naturel, ou biogaz, et ainsi rendu disponible pour le recyclage. Le processus de séparation est à la fois économe en énergie et rentable. Dans la revue Rapports cellulaires Sciences physiques les chercheurs présentent la structure et la fonction du matériau.

Le Green Deal présenté par la Commission européenne en 2019 demande que les émissions nettes de gaz à effet de serre au sein de l'UE soient réduites à zéro d'ici 2050. Cela nécessite des procédés innovants qui peuvent séparer et retenir le CO 2 des gaz résiduaires et d'autres mélanges gazeux afin qu'ils ne soient pas rejetés dans l'atmosphère. Le matériau développé à Bayreuth présente un avantage fondamental par rapport aux procédés de séparation précédents :il est capable d'éliminer complètement le CO 2 à partir de mélanges gazeux sans CO chimiquement liant 2 .

Ces mélanges gazeux peuvent être des gaz résiduaires d'installations industrielles, mais aussi du gaz naturel ou du biogaz. Dans tous ces cas, CO 2 s'accumule dans les cavités du matériau uniquement en raison de l'interaction physique. De là, il peut être libéré sans grande dépense d'énergie, être à nouveau disponible en tant que ressource pour la production industrielle. D'où, le processus de séparation fonctionne, chimiquement parlant, selon le principe de l'adsorption physique. Comme un réservoir de stockage spacieux, le nouveau matériau peut être rempli et vidé de dioxyde de carbone de manière économe en énergie. Dans les laboratoires de Bayreuth, il a été conçu de manière à ne séparer que le CO 2 et aucun autre gaz provenant des mélanges gazeux les plus variés.

« Notre équipe de recherche a réussi à concevoir un matériau qui remplit deux tâches à la fois. D'une part, les interactions physiques avec le CO 2 sont suffisamment puissants pour libérer et retenir ce gaz à effet de serre d'un mélange gazeux. D'autre part, cependant, ils sont suffisamment faibles pour permettre la libération de CO 2 du matériau avec seulement une petite quantité d'énergie, " dit Martin Rieß M.Sc., premier auteur de la nouvelle publication et doctorant au groupe de recherche Inorganic Chemistry I de l'Université de Bayreuth.

Le nouveau matériau est un hybride inorganique-organique. La base chimique est constituée de minéraux argileux constitués de centaines de plaquettes de verre individuelles. Ceux-ci n'ont qu'un nanomètre d'épaisseur chacun, et disposés précisément l'un au-dessus de l'autre. Entre les plaques de verre individuelles, il y a des molécules organiques qui agissent comme des espaceurs. Leur forme et leurs propriétés chimiques ont été sélectionnées pour que les espaces poreux créés soient adaptés de manière optimale pour accumuler du CO 2 . Seules les molécules de dioxyde de carbone peuvent pénétrer dans le système de pores du matériau et y être retenues. En revanche, méthane, azote, et d'autres composants des gaz d'échappement doivent rester à l'extérieur en raison de la taille de leurs molécules. Les chercheurs ont utilisé l'effet dit de tamis moléculaire pour augmenter la sélectivité du matériau pour le CO 2 . Ils travaillent actuellement au développement d'un système membranaire à base de minéraux argileux, conçu pour permettre la continuité, sélectif, et séparation écoénergétique du CO 2 à partir de mélanges gazeux.

Le développement d'un matériau hybride sur mesure pour la séparation et la fourniture de CO 2 a été rendu possible grâce à un système de mesure spécial mis en place dans les laboratoires de Bayreuth qui permet la détermination précise des quantités de gaz adsorbés et de la sélectivité du matériau adsorbant. Cela a permis de reproduire avec réalisme les processus industriels. "Tous les critères pertinents pour l'évaluation du CO industriel 2 les processus de séparation ont été entièrement remplis par notre matériau hybride. Il peut être produit de manière rentable, et devrait apporter une contribution importante à la réduction des émissions industrielles de dioxyde de carbone, mais aussi au traitement du biogaz et du gaz naturel acide, " dit Rieß.