Des chercheurs développent un film de gel durable pour capturer le dioxyde de carbone avec un coût énergétique réduit

Dialogue du 17 août 2023

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

faits vérifiés

publication évaluée par des pairs

source fiable

rédigé par un ou plusieurs chercheurs

relire

par le Dr Youhong Guo

Les émissions mondiales de CO2 pour 2022 ont atteint 36,1 gigatonnes, ce qui a nécessité 13 à 36 % du budget carbone restant pour limiter le réchauffement à 1,5°C, ce qui signifie que nos émissions autorisées pourraient être réduites d’ici deux ans.

Les technologies de captage direct 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) en tant que matériau révolutionnaire pour la capture du CO2 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 le transport du CO2 et un accès facile aux sites d’amines actives.

La vapeur d'eau précapturée améliore la liaison du CO2 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 est libéré avec une faible quantité 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 environ 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.

Cette histoire fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent rapporter les résultats de leurs articles de recherche publiés. Visitez cette page pour plus d’informations sur ScienceX Dialog et comment participer.

Plus d'information: 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 la revue :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.