Capter les gaz à effet de serre à l'aide de la lumière
Des chercheurs utilisent des molécules réactives à la lumière pour influencer l'acidité d'un liquide et ainsi capturer le CO2
Des chercheurs de l'ETH Zurich développent une nouvelle méthode pour éliminer leCO2 de l'atmosphère. Il s'agit de molécules qui deviennent acides lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Leur nouveau procédé nécessite beaucoup moins d'énergie que les technologies conventionnelles.
Si nous voulons ralentir le réchauffement climatique, nous devons réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre. Nous devons notamment nous passer des combustibles fossiles et utiliser des technologies plus efficaces sur le plan énergétique. Toutefois, la réduction des émissions ne suffira pas à elle seule à atteindre les objectifs climatiques. Nous devons également capturer de grandes quantités deCO2, un gaz à effet de serre, dans l'atmosphère et soit le stocker de manière permanente dans le sous-sol, soit l'utiliser comme matière première neutre en carbone dans l'industrie. Malheureusement, les technologies de capture du carbone disponibles aujourd'hui nécessitent beaucoup d'énergie et sont donc coûteuses.
C'est pourquoi les chercheurs de l'ETH Zurich développent une nouvelle méthode qui utilise la lumière. Grâce à ce procédé, l'énergie nécessaire à la capture du carbone proviendra à l'avenir du soleil.
Interrupteur d'acide commandé par la lumière
Sous la direction de Maria Lukatskaya, professeur de systèmes énergétiques électrochimiques, les scientifiques exploitent le fait que dans les liquides aqueux acides, leCO2 est présent sous forme deCO2, mais que dans les liquides aqueux alcalins, il réagit pour former des sels d'acide carbonique, connus sous le nom de carbonates. Cette réaction chimique est réversible. L'acidité d'un liquide détermine s'il contient duCO2 ou un carbonate.
Pour influencer l'acidité de leur liquide, les chercheurs y ont ajouté des molécules, appelées photoacides, qui réagissent à la lumière. Si ce liquide est ensuite irradié par la lumière, les molécules le rendent acide. Dans l'obscurité, elles reviennent à l'état initial qui rend le liquide plus alcalin.
C'est ainsi que fonctionne en détail la méthode des chercheurs de l'ETH : Les chercheurs séparent leCO2 de l'air en faisant passer l'air dans un liquide contenant des photoacides dans l'obscurité. Ce liquide étant alcalin, leCO2 réagit et forme des carbonates. Dès que les sels se sont accumulés de manière significative dans le liquide, les chercheurs irradient le liquide avec de la lumière. Celui-ci devient acide et les carbonates se transforment enCO2. LeCO2 s'échappe du liquide en bulles, comme dans une bouteille de cola, et peut être récupéré dans des réservoirs de gaz. Lorsqu'il n'y a presque plus deCO2 dans le liquide, les chercheurs éteignent la lumière et le cycle recommence, le liquide étant prêt à capter leCO2.
Tout dépend du mélange
En pratique, un problème se pose : les photoacides utilisés sont instables dans l'eau. "Au cours de nos premières expériences, nous nous sommes rendu compte que les molécules se décomposaient au bout d'un jour", explique Anna de Vries, doctorante dans le groupe de Lukatskaya et auteur principal de l'étude.
Lukatskaya, de Vries et leurs collègues ont donc analysé la décomposition de la molécule. Ils ont résolu le problème en effectuant leur réaction non pas dans l'eau, mais dans un mélange d'eau et de solvant organique. Les scientifiques ont pu déterminer le rapport optimal entre les deux liquides par des expériences en laboratoire et ont pu expliquer leurs résultats grâce à des calculs modélisés effectués par des chercheurs de l'université de la Sorbonne à Paris.
D'une part, ce mélange leur a permis de maintenir les molécules de photoacides stables dans la solution pendant près d'un mois. D'autre part, il a permis d'utiliser la lumière pour faire basculer la solution, selon les besoins, entre l'état acide et l'état alcalin. Si les chercheurs utilisaient le solvant organique sans eau, la réaction serait irréversible.
Se passer de chauffage
D'autres procédés de capture du carbone sont également cycliques. Une méthode établie utilise des filtres qui recueillent les molécules deCO2 à la température ambiante. Pour retirer ensuite leCO2 des filtres, ceux-ci doivent être chauffés à environ 100 degrés Celsius. Or, le chauffage et le refroidissement sont énergivores : ils représentent la majeure partie de l'énergie requise par la méthode du filtre. "En revanche, notre procédé ne nécessite ni chauffage ni refroidissement, et donc beaucoup moins d'énergie", explique M. Lukatskaya. De plus, la nouvelle méthode des chercheurs de l'ETH pourrait fonctionner avec la seule lumière du soleil.
"Un autre aspect intéressant de notre système est que nous pouvons passer d'un état alcalin à un état acide en quelques secondes et revenir à un état alcalin en quelques minutes. Cela nous permet de passer de la capture du carbone à sa libération beaucoup plus rapidement que dans un système piloté par la température", explique M. de Vries.
Avec cette étude, les chercheurs ont montré que les photoacides peuvent être utilisés en laboratoire pour capturer leCO2. Leur prochaine étape sur la voie de la maturité commerciale consistera à accroître encore la stabilité des molécules photoacides. Ils doivent également étudier les paramètres de l'ensemble du processus afin de l'optimiser davantage.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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