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Le CO₂ généré par l’homme est l’un des principaux facteurs du changement climatique. Alors que la capture directe de l'air ciblait historiquement les gaz de combustion à forte concentration des centrales électriques, un matériau révolutionnaire s'avère désormais prometteur pour extraire le CO₂ des niveaux beaucoup plus faibles trouvés dans l'air extérieur quotidien.
Dans une récente publication de Nature, des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, en collaboration avec des collègues de Chicago et d'Allemagne, ont décrit le COF-999, un cadre organique covalent robuste qui capte le CO₂ de l'air ambiant. Le COF‑999 est construit sur certaines des liaisons chimiques les plus fortes connues (doubles liaisons covalentes carbone-azote et carbone-carbone) et ses pores sont fonctionnalisés avec des amines, améliorant ainsi l'absorption du CO₂.
"Nous avons placé une fine poudre du matériau dans un tube et avons fait circuler de l'air extérieur de Berkeley - allant de 410 à 517 parties par million - à travers celui-ci. Après 100 cycles, le matériau n'a montré aucune dégradation visible et a entièrement éliminé le CO₂ de l'air", a déclaré Omar Yaghi, professeur de chimie de la chaire James et Neeltje Tretter de l'UC Berkeley et auteur principal de l'étude.
Le résultat est un matériau aux performances sans précédent en matière de capture directe de l’air. Sa capacité à lier le CO₂ aux concentrations ambiantes offre une nouvelle voie pour maintenir le CO₂ atmosphérique en dessous de 450 ppm, un seuil qui, selon les scientifiques, est nécessaire pour éviter les pires impacts climatiques.
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Zihui Zhou, premier auteur et étudiant diplômé de l'UC Berkeley, a expliqué que même si le CO₂ atmosphérique est actuellement supérieur à 420 ppm, la concentration devrait atteindre 500 à 550 ppm avant que les technologies de captage des gaz de combustion ne soient pleinement déployées. Pour revenir aux niveaux préindustriels (environ 400 ppm ou moins), la capture directe de l'air sera essentielle.
Remarquablement, moins de 0,5 lb de COF‑999 peuvent absorber la même quantité de CO₂ qu’un arbre mature séquestre en un an, rétablissant potentiellement les niveaux atmosphériques à ceux observés il y a un siècle. Le matériau capture également le CO₂ dix fois plus rapidement que les systèmes de capture directe de l'air existants et le libère à des températures plus basses, améliorant ainsi l'efficacité énergétique.
De plus, la dernière itération du COF‑999 a supporté 300 cycles continus de capture-libération sans aucune perte de capacité, ce qui indique une durabilité qui pourrait supporter des milliers de cycles au cours de sa durée de vie. Yaghi a noté que l'équipe prévoit de doubler la capacité de production d'ici 2025.