Des chercheurs de l'UC Berkeley ont créé un cadre métallo-organique révolutionnaire (MOF) capable de capturer le CO2 provenant des gaz d’échappement industriels à haute température, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur la technologie de capture du carbone et contribuer à la lutte contre le changement climatique.
Des scientifiques de l'Université de Californie à Berkeley ont découvert un nouveau matériau capable de capturer efficacement le dioxyde de carbone des gaz d'échappement industriels à haute température. Cette innovation, qui pourrait améliorer considérablement la faisabilité de la capture du carbone dans certaines des industries les plus polluantes, sera mise au point. publié dans le prochain numéro de Science du 15 novembre 2024.
Les installations industrielles, notamment celles qui produisent du ciment et de l’acier, émettent de grandes quantités de CO2, un gaz à effet de serre majeur, à des températures dépassant souvent 200 degrés Celsius (plus de 400 degrés Fahrenheit). Les technologies traditionnelles de capture du carbone utilisant des amines liquides ne fonctionnent efficacement qu'à des températures plus basses, ce qui les rend impraticables pour ces flux d'échappement à haute température en raison du besoin important d'énergie et d'eau pour refroidir les gaz.
Cette découverte vient de chimistes de l'UC Berkeley, dirigés par une équipe du laboratoire de Jeffrey Long, professeur de chimie, d'ingénierie chimique et biomoléculaire et de science et d'ingénierie des matériaux à l'UC Berkeley, qui ont développé un type de structure métallo-organique (MOF) qui capture le CO2 à des températures allant jusqu'à 300 degrés Celsius (570 degrés Fahrenheit). Le MOF, connu sous le nom de ZnH-MFU-4l, présente des sites d'hydrure de zinc qui se lient et libèrent du CO2 molécules efficacement dans des conditions de température extrêmes.
« Une infrastructure coûteuse est nécessaire pour prendre ces flux de gaz chauds et les refroidir aux températures appropriées pour que les technologies de capture du carbone existantes fonctionnent », a déclaré Kurtis Carsch, co-premier auteur et chercheur postdoctoral à l'UC Berkeley, dans un communiqué. communiqué de presse« Notre découverte est sur le point de changer la façon dont les scientifiques envisagent la capture du carbone. Nous avons découvert qu'un MOF peut capturer le dioxyde de carbone à des températures sans précédent, des températures qui sont pertinentes pour de nombreux CO2« C'était quelque chose qui n'était pas considéré auparavant comme possible pour un matériau poreux. »
Contrairement aux méthodes traditionnelles axées sur les solutions à base d'amines, cette nouvelle approche utilise les propriétés structurelles inhérentes aux MOF. Ces structures se composent d'un ensemble poreux et cristallin d'ions métalliques et de liants organiques, offrant une densité élevée de sites pour capturer et libérer le CO2.
« Notre travail s'éloigne de l'étude courante des systèmes de capture du carbone à base d'amine et démontre un nouveau mécanisme de capture du carbone dans un MOF qui permet un fonctionnement à haute température », a ajouté la co-première auteure Rachel Rohde, étudiante diplômée à l'UC Berkeley.
Dans des conditions simulées, les chercheurs ont démontré que ce MOF peut capturer du CO chaud2 provenant des flux d'échappement typiques de la fabrication du ciment et de l'acier, avec des concentrations comprises entre 20 et 30 %. Le MOF présente également un potentiel de capture des émissions moins concentrées des centrales électriques au gaz naturel.
Élimination du CO2 Il est essentiel de récupérer les émissions industrielles et de les stocker sous terre ou de les transformer en carburants et autres produits chimiques précieux pour réduire les gaz à effet de serre qui contribuent au réchauffement climatique et au changement climatique. Si les sources d’énergie renouvelables réduisent la dépendance aux centrales électriques à combustibles fossiles, les industries fortement dépendantes de ces combustibles ont encore besoin de stratégies de décarbonisation efficaces.
« Nous devons commencer à réfléchir au CO2 les émissions des industries, comme la fabrication de l'acier et du ciment, qui sont difficiles à décarboner, car il est probable qu'elles continueront à émettre du CO2, même si notre infrastructure énergétique s’oriente de plus en plus vers les énergies renouvelables », a ajouté Rohde.
Cette recherche s'appuie sur plus d'une décennie de travaux sur le CO2-adsorbant les MOF. Les développements précédents de Long ont ouvert la voie à des innovations dans le domaine du CO2 capture, et cette nouvelle avancée démontre la faisabilité d’opérations à haute température jusqu’alors considérées comme impossibles.
« Parce que l’entropie favorise la présence de molécules comme le CO2 « Dans la phase gazeuse, de plus en plus de molécules se forment avec l'augmentation de la température. On pensait alors qu'il était impossible de capturer ces molécules avec un solide poreux à des températures supérieures à 200 °C », a déclaré Long dans le communiqué de presse. « Ces travaux montrent qu'avec la bonne fonctionnalité (ici, les sites d'hydrure de zinc), une capture rapide, réversible et à grande capacité du CO2 peut en effet être accompli à des températures élevées telles que 300 °C.
Les recherches futures de l'équipe visent à explorer d'autres gaz potentiels que ces MOF peuvent capturer et à améliorer leur CO2 capacité d'adsorption supplémentaire, marquant une nouvelle direction dans la science de la séparation qui se concentre sur les adsorbants fonctionnels capables de fonctionner à des températures élevées.
« Nous avons la chance d'avoir fait cette découverte, qui a ouvert de nouvelles directions dans la science de la séparation axée sur la conception d'adsorbants fonctionnels pouvant fonctionner à des températures élevées », a ajouté Carsch, qui a récemment rejoint le département de chimie de l'Université du Texas à Austin.
Cette avancée constitue une solution prometteuse pour les industries qui s’efforcent de réduire leur empreinte carbone et contribue à la lutte mondiale contre le changement climatique en rendant le CO à haute température2 capturer plus efficacement et plus facilement.