CO2 mondial les émissions pour 2022 ont atteint 36,1 gigatonnes, ce qui a consommé 13 à 36 % du budget carbone restant pour limiter le réchauffement à 1,5°C, ce qui signifie que nos émissions autorisées pourraient être épuisées d'ici deux ans.
Les technologies de capture directe de l'air (DAC) extraient le CO2 directement de l'atmosphère en tout lieu, mais leur praticité est limitée par les besoins énergétiques et les coûts globaux plus élevés. En particulier, la plupart des systèmes à base de absorbants solides ne peuvent pas fonctionner correctement dans des conditions humides et ont des températures de régénération élevées ou nécessitent des conditions de vide.
Pour surmonter ces défis, nous avons développé des hydrogels durables de capture du carbone (SCCH) comme matériau révolutionnaire pour le CO2. capture avec une absorption élevée et une énergie de régénération exceptionnellement faible (Figure 1). L'étude est publiée dans la revue Nano Letters .
Contrairement à d'autres matériaux absorbants où l'eau inerte conduit à une régénération thermique à forte intensité énergétique, l'eau contenue dans les hydrogels a une enthalpie d'évaporation réduite qui peut contribuer à une énergie de régénération réduite. Le SCCH se compose de gomme de konjac de biomasse à faible coût, de cellulose thermosensible et de polyéthylèneimine (PEI) uniformément dispersée. Un autre avantage de ce SCCH est sa structure hiérarchique unique. Les pores à l'échelle micro et nanométrique permettent au CO2 transport et accès facile aux sites d'amines actives.
Performance de capture du dioxyde de carbone
La vapeur d'eau précapturée améliore le CO2 liaison avec le PEI, ce qui conduit à une capacité de capture beaucoup plus élevée dans des conditions humides (Figure 2, à gauche). De plus, le CO2 capturé se libère avec un faible apport d’énergie (Figure 2, à droite), ce qui peut être obtenu par un léger chauffage électrique ou par une irradiation solaire sans vide, à condition que la température atteigne ~60°C. Ceci est facilité par la réduction de l'enthalpie d'évaporation de l'eau dans les hydrogels hydrophiles et par la thermoréactivité de la cellulose.
Nous soulignons également un autre avantage de notre SCCH, qui est la facilité de préparation. Le gel peut être fabriqué avec des matériaux disponibles dans le commerce, dissous dans de l'eau, versé dans un moule et suivi d'un processus de lyophilisation. Ceci est évolutif et durable dans l’air ambiant, ce qui profite à une application pratique. Avec une température de régénération aussi basse, nos nouveaux hydrogels peuvent constituer une plate-forme matérielle révolutionnaire pour une gestion plus durable de la qualité de l'air et des technologies DAC.
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Plus d'informations : Youhong Guo et al, Hydrogels évolutifs dérivés de la biomasse pour une capture durable du dioxyde de carbone, Nano Letters (2023). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c02157
Informations sur le journal : Lettres nano
Youhong Guo est postdoctorant au Département de génie chimique du Massachusetts Institute of Technology, où il travaille avec le professeur T. Alan Hatton. Ses intérêts de recherche portent sur le développement de matériaux polymères pour des applications en matière de durabilité énergétique et environnementale.
