Des chercheurs de l’Oregon State University ont découvert le potentiel d’un nanomatériau rentable, connu sous le nom de cadre métallo-organique (MOF), pour éliminer efficacement le dioxyde de carbone des émissions industrielles, même dans des conditions humides. Le nouveau MOF, composé d’aluminium et d’un ligand commun, offre une solution prometteuse à certains des défis de la capture du carbone, notamment les coûts élevés et une efficacité réduite dans les environnements humides. Crédit : Image fournie par Kyriakos Stylianou, OSU College of Science.
Des scientifiques du College of Science de l’Oregon State University ont montré le potentiel d’un nanomatériau rentable pour filtrer le dioxyde de carbone des polluants industriels.
Les conclusions, publiées dans Rapports de cellule Science physiquesont importants car l’amélioration des méthodes de capture du carbone est essentielle pour lutter contre le changement climatique, a déclaré Kyriakos Stylianou de l’OSU, qui a dirigé l’étude.
Le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, résulte de la combustion de combustibles fossiles et est l’une des principales causes du réchauffement climatique.
Des installations qui filtrent le carbone de l’air commencent à apparaître dans le monde entier – la plus grande au monde a ouvert ses portes en 2021 en Islande – mais elles ne sont pas prêtes à faire une grande brèche dans le problème des émissions mondiales, note Stylianou. En un an, l’usine islandaise peut extraire une quantité de dioxyde de carbone équivalente aux émissions annuelles d’environ 800 voitures.
Cependant, les technologies d’atténuation le dioxyde de carbone au point d’entrée dans l’atmosphère, comme une usine, sont relativement bien développés. L’une de ces technologies implique des nanomatériaux connus sous le nom de cadres métallo-organiques, ou MOFqui peut intercepter les molécules de dioxyde de carbone par adsorption lorsque les gaz de combustion se frayent un chemin à travers les cheminées.
« La capture du dioxyde de carbone est essentielle pour atteindre les objectifs d’émissions nettes nulles », a déclaré Stylianou, professeur adjoint de chimie. « Les MOF se sont révélés très prometteurs pour la capture du carbone en raison de leur porosité et de leur polyvalence structurelle, mais les synthétiser signifie souvent utiliser des réactifs coûteux à la fois économiquement et écologiquement, tels que des sels de métaux lourds et des solvants toxiques. »
De plus, traiter la partie eau des gaz de cheminée complique grandement l’élimination du dioxyde de carbone, a-t-il déclaré. De nombreux MOF qui ont montré un potentiel de capture du carbone ont perdu leur efficacité dans des conditions humides. Les gaz de combustion peuvent être séchés, a déclaré Stylianou, mais cela ajoute des dépenses importantes au processus d’élimination du dioxyde de carbone, suffisamment pour le rendre non viable pour les applications industrielles.
«Nous avons donc cherché à proposer un MOF pour répondre aux différentes limites des matériaux actuellement utilisés dans la capture du carbone: coût élevé, mauvaise sélectivité pour le dioxyde de carbone, faible stabilité dans des conditions humides et faible teneur en CO.2 capacités d’absorption », a-t-il déclaré.
Les MOF sont des matériaux cristallins et poreux constitués d’ions métalliques chargés positivement entourés de molécules organiques de «liaison» appelées ligands. Les ions métalliques forment des nœuds qui lient les bras des linkers pour former une structure répétitive qui ressemble à une cage ; la structure a des pores nanométriques qui adsorbent les gaz, comme une éponge.
Les MOF peuvent être conçus avec une variété de composants, qui déterminent les propriétés du MOF, et il existe des millions de MOF possibles, a déclaré Stylianou. Près de 100 000 d’entre eux ont été synthétisés par des chercheurs en chimie, et les propriétés d’un autre demi-million ont été prédites.
« Dans cette étude, nous introduisons un MOF composé d’aluminium et d’un ligand facilement disponible, le benzène-1,2,4,5-tétracarboxylique. acide», a déclaré Stylianou. « La synthèse du MOF se produit dans l’eau et ne prend que quelques heures. Et le MOF a des pores de taille comparable à celle du CO2 molécules, ce qui signifie qu’il y a un espace confiné pour incarcérer le dioxyde de carbone.
Le MOF fonctionne bien dans des conditions humides et préfère également le dioxyde de carbone à l’azote, ce qui est important car les oxydes d’azote sont un ingrédient des gaz de combustion. Sans cette sélectivité, le MOF se lierait potentiellement aux mauvaises molécules.
« Ce MOF est un candidat exceptionnel pour les applications de capture de carbone post-combustion par voie humide », a déclaré Stylianou. « Il est rentable avec des performances de séparation exceptionnelles et peut être régénéré et réutilisé au moins trois fois avec des capacités d’absorption comparables. »
Des scientifiques de Université de Colombiele Pacific Northwest National Laboratory et Chemspeed Technologies AG de Suisse ont également participé à cette recherche, tout comme les chimistes de l’État de l’Oregon Ryan Loughran, Tara Hurley et Andrzej Gładysiak.
L’Oregon State College of Science, le département de chimie de l’OSU et Brian et Marilyn Kleiner ont soutenu l’étude.
