Des chercheurs ont mis au point une nouvelle technologie membranaire qui permet une élimination plus efficace du dioxyde de carbone (CO₂ ) à partir de gaz mixtes, tels que les émissions des centrales électriques.

"Pour démontrer la capacité de nos nouvelles membranes, nous avons examiné des mélanges de CO₂ et de l'azote, car le CO₂ /les mélanges de dioxyde d'azote sont particulièrement pertinents dans le contexte de la réduction des émissions de gaz à effet de serre des centrales électriques », déclare Rich Spontak, co-auteur correspondant d'un article sur les travaux. « Et nous avons démontré que nous pouvons considérablement améliorer la sélectivité des membranes pour éliminer le CO₂ tout en conservant un CO₂ relativement élevé perméabilité."

"Nous avons également examiné les mélanges de CO₂ et le méthane, qui est important pour l'industrie du gaz naturel », déclare Spontak, professeur émérite de génie chimique et biomoléculaire et professeur de science et génie des matériaux à l'Université d'État de Caroline du Nord. « De plus, ces émissions de CO_{2 -les membranes filtrantes peuvent être utilisées dans toutes les situations où l'on a besoin d'éliminer le CO2 à partir de mélanges de gaz, qu'il s'agisse d'une application biomédicale ou d'un épurateur de CO2 depuis les airs dans un sous-marin."}

Les membranes sont une technologie attrayante pour éliminer le CO₂ à partir de gaz mixtes car ils n'occupent pas beaucoup d'espace physique, ils peuvent être fabriqués dans une grande variété de tailles et ils peuvent être facilement remplacés. L'autre technologie souvent utilisée pour le CO₂ l'élimination est une absorption chimique, qui consiste à faire barboter des gaz mélangés dans une colonne contenant une amine liquide, qui élimine le CO₂ du gaz. Cependant, les technologies d'absorption ont une empreinte beaucoup plus importante et les amines liquides ont tendance à être toxiques et corrosives.

Ces filtres à membrane fonctionnent en permettant au CO₂ traverser la membrane plus rapidement que les autres constituants du mélange gazeux. Par conséquent, le gaz sortant de l'autre côté de la membrane contient une proportion plus élevée de CO₂ que le gaz entrant dans la membrane. En captant le gaz sortant de la membrane, vous captez davantage de CO₂ que vous faites des autres gaz constituants.

Un défi de longue date pour ces membranes a été un compromis entre la perméabilité et la sélectivité. Plus la perméabilité est élevée, plus vous pouvez déplacer rapidement le gaz à travers la membrane. Mais lorsque la perméabilité augmente, la sélectivité diminue, ce qui signifie que l'azote, ou d'autres constituants, traversent également rapidement la membrane, ce qui réduit le rapport de CO₂ aux autres gaz du mélange. En d'autres termes, lorsque la sélectivité diminue, vous capturez relativement moins de CO₂ .

L'équipe de recherche, des États-Unis et de la Norvège, a résolu ce problème en développant des chaînes polymères chimiquement actives qui sont à la fois hydrophiles et CO₂ -philique à la surface des membranes existantes. Cela augmente le CO₂ sélectivité et provoque relativement peu de réduction de la perméabilité.

"En bref, avec peu de changement dans la perméabilité, nous avons démontré que nous pouvons augmenter la sélectivité jusqu'à environ 150 fois", déclare Marius Sandru, co-auteur correspondant de l'article et chercheur principal chez SINTEF Industry, une société de recherche indépendante organisation en Norvège. "Nous capturons donc beaucoup plus de CO₂ , par rapport aux autres espèces dans les mélanges gazeux."

Un autre défi face au CO₂ membranaire filtres a été coûté. Plus les technologies membranaires précédentes étaient efficaces, plus elles étaient coûteuses.

"Parce que nous voulions créer une technologie commercialement viable, notre technologie a commencé avec des membranes qui sont déjà largement utilisées", explique Spontak. "Nous avons ensuite conçu la surface de ces membranes pour améliorer la sélectivité. Et bien que cela augmente le coût, nous pensons que les membranes modifiées seront toujours rentables."

"Nos prochaines étapes consistent à voir dans quelle mesure les techniques que nous avons développées ici pourraient être appliquées à d'autres polymères pour obtenir des résultats comparables, voire supérieurs ; et à étendre le processus de nanofabrication", déclare Sandru. "Honnêtement, même si les résultats ici ont été tout simplement passionnants, nous n'avons pas encore essayé d'optimiser ce processus de modification. Notre article rapporte des résultats de preuve de concept."

Les chercheurs souhaitent également explorer d'autres applications, par exemple si la nouvelle technologie membranaire pourrait être utilisée dans des dispositifs de ventilation biomédicale ou des dispositifs de filtration dans le secteur de l'aquaculture.

Les chercheurs se disent ouverts à travailler avec des partenaires de l'industrie pour explorer l'une de ces questions ou opportunités afin d'aider à atténuer le changement climatique mondial et à améliorer le fonctionnement des appareils.

L'article est publié dans la revue Science . + Explorer plus loin

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