Lorsque les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) exhalent du dioxyde de carbone (CO2), il est extrait de l'air et pompé dans l'espace. Une version terrestre pourrait-elle aider à éliminer les émissions de gaz à effet de serre de notre atmosphère ?

Afin de limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C au-dessus des niveaux préindustriels et d'éviter certains des pires impacts du changement climatique, cela signifie éliminer les 42 milliards de tonnes d'émissions annuelles de CO2 d'ici 2050.

Une façon d'y parvenir est de réduire les émissions. Une autre consiste à concevoir des matériaux capables d'éliminer le CO2 déjà présent dans l'atmosphère ou avant qu'il ne soit expulsé. Le problème est que personne n'a encore tout à fait trouvé la meilleure façon de le faire.

Le système de filtre à air dans l'espace a inspiré le professeur Stefano Brandani et le Dr Giulio Santori de l'Université d'Édimbourg, ROYAUME-UNI, développer un moyen de capter et de concentrer le CO2 directement de l'atmosphère. Cette stratégie ambitieuse – construire un arbre dit artificiel – verrait le CO2 capté pour être stocké dans de grands réservoirs souterrains.

Zéolite

Le CO2 respiré par les astronautes à bord de l'ISS est capturé à l'aide d'un minéral semblable à une éponge appelé zéolite, qui a de minuscules pores pour enfermer une molécule de CO2. Sur la station spatiale, les zéolithes vident leur CO2 lorsqu'elles sont exposées au vide de l'espace.

Dans le cadre d'un projet appelé ACCA, Le Dr Santori pirate le système pour qu'il fonctionne sur Terre. C'est plus difficile. « Il y a tellement plus de CO2 à capter et les concentrations sont plus diluées pour commencer sur Terre, il est donc beaucoup plus énergivore, " a-t-il expliqué. " La concentration de départ de CO2 sur l'ISS est d'un ordre de grandeur plus élevée. "

Le nouveau système fonctionne grâce à une série de lits d'adsorption de zéolite. Chacun absorbe du CO2, le concentre un peu et le libère lorsqu'il est chauffé. "C'est comme une éponge. On régénère la matière par la chaleur. Quand il fait froid, il consomme beaucoup (de CO2), " a déclaré le Dr Santori.

Ce CO2 se déplace ensuite dans un nouveau lit d'adsorption, ce qui à nouveau rapproche les molécules de gaz. Le gaz est ainsi davantage comprimé à chaque étape, sans avoir besoin de pièces mobiles comme les pompes à vide. Les changements de température sont le moteur de ce processus. Le chauffage et le refroidissement de la matière spongieuse provoquent la libération du gaz, et en prendre plus.

Avec cinq lits de zéolithes, vidé de chaleur – qui pourrait être la chaleur résiduelle d'une installation industrielle – et refroidi à température ambiante, Le CO2 pourrait être capturé à une pureté supérieure à 95%, avec peu d'énergie consommée.

"Si vous pouviez capturer le CO2 de l'air, cela vous permettra de le compresser et de le stocker dans une installation géologique proche, " a déclaré le Dr Santori, qui pense que le captage et le stockage du carbone à grande échelle sont la stratégie idéale pour réduire le CO2 dans l'atmosphère.

À long terme, les zéolites pourraient être utilisées dans des stations capables de capter le CO2 directement dans l'air – mais c'est encore loin car la compression du CO2 n'est qu'une partie du problème. Parce que le CO2 est très dilué dans l'air ambiant, une technologie telle que des ventilateurs géants serait nécessaire pour l'aspirer vers les stations sans dépenser trop d'énergie ou d'argent - ce qui est encore un obstacle trop important pour les technologies actuelles. Le professeur Brandani a déclaré:"Le problème est de savoir combien cela coûte et à qui appartient ensuite le CO2."

Une option à plus court terme consiste à se concentrer sur le décapage du CO2 des gaz résiduaires produits par l'industrie avant qu'il ne soit rejeté dans l'atmosphère.

Le CO2 émane des centrales électriques à combustibles fossiles, mais des industries telles que l'acier et le ciment émettent également beaucoup de CO2. Les réactions chimiques nécessaires pour transformer le calcaire en ciment, par exemple, libérer le gaz CO2 et la fabrication de ciment à elles seules rejettent 7 % de toutes les émissions mondiales de carbone.

Membranes

L'idée est d'installer des membranes qui piègent le CO2, qui peut ensuite être concentré et comprimé pour le stockage. "Les membranes sont efficaces et peuvent économiser de l'énergie par rapport à d'autres systèmes, " a déclaré le professeur Marco Giacinti Baschetti de l'Université de Bologne, Italie.

Dans les stratégies traditionnelles utilisées par les industries telles que les centrales au charbon, Le CO2 est capturé dans des liquides spéciaux ou des structures solides en forme d'éponge, mais ceux-ci doivent ensuite être réchauffés pour libérer le CO2. Ceci n'est pas nécessaire avec les membranes. Toutes les technologies existantes, cependant, sont coûteux. Les matériaux de membrane actuels ne sont pas assez durables et ne séparent pas suffisamment le CO2 pour être économiquement raisonnables.

Le professeur Baschetti dirige un projet appelé NANOMEMC ² qui développe un certain nombre de membranes différentes pour la capture du CO2. En novembre, l'équipe va tester une nouvelle membrane dans une cimenterie Colacem en Italie.

Développé par les scientifiques du projet à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie, la membrane est constituée de fibres creuses, environ un millimètre d'épaisseur, et recouvert d'une couche extrêmement fine de nanocellulose et de polymère mélangés à des acides aminés artificiels. La nanocellulose, qui est fait de minuscules fibres de bois, permet au CO2 de s'infiltrer, tout en bloquant les autres gaz. L'acide aminé s'accroche au CO2 et le tire à travers la membrane.

« Les cimenteries génèrent du CO2 à partir de la combustion et de la fabrication du ciment, donc leurs fumées sont riches en CO2, " a déclaré le professeur Baschetti. "Nous allons faire passer ce gaz à travers notre membrane pour séparer le CO2, mais bien sûr quand tu fais ça dans l'industrie, de la poussière et des impuretés seront présentes. Nous voulons voir si notre membrane peut encore fonctionner correctement avec ce vrai gaz de combustion. » La membrane sera également testée à l'Université de Sheffield, ROYAUME-UNI.

Ce projet n'a pas placé tous ses jetons de paris sur une seule membrane. "Nous avons commencé en laboratoire et avons passé au crible plus de 60 types de membranes, " a déclaré le Dr Maria-Chiara Ferrari, un scientifique sur le projet à l'Université d'Édimbourg, ROYAUME-UNI. Il existe environ quatre membranes candidates qui ouvrent la voie et qui reposent sur un transport facilité - c'est à ce moment qu'une molécule porteuse aide à s'accrocher au CO2 et à le transporter à travers la membrane.

Bien que cela semble prometteur, la technologie est encore à un stade très précoce – et petit. Les membranes fabriquées jusqu'à présent en laboratoire tiennent dans la paume d'une main, alors que les membranes de test auront environ la taille d'une page A4. « Une véritable usine complète aura besoin de centaines de milliers de mètres carrés et l'unité de séparation complète occupera environ trois conteneurs d'expédition en volume, " a expliqué le Dr Ferrari.