Un matériau révolutionnaire permet le captage du carbone à faible coût
ZURICH – Des scientifiques ont dévoilé un nouveau matériau carboné révolutionnaire qui promet de réduire considérablement le coût et la demande énergétique de la technologie de captage du carbone, un élément essentiel dans la lutte mondiale contre le changement climatique. Publiée plus tôt ce mois-ci, le 24 octobre 2023, dans la prestigieuse revue Advanced Materials, la découverte est centrée sur un nouveau matériau de carbone graphitique dopé à l'azote (NDGC) conçu pour une efficacité d'adsorption et de libération de CO2 sans précédent.
Dirigée par le Dr Anya Sharma, chimiste des matériaux à la Global Carbon Initiative de l'Université de Zurich, l'équipe de recherche a méticuleusement conçu l'arrangement des atomes d'azote dans un structure poreuse en carbone. Ce réglage de précision permet au matériau de capturer sélectivement le dioxyde de carbone avec une efficacité remarquable et, surtout, de le libérer en utilisant beaucoup moins d'énergie que les technologies existantes. Les implications pour la décarbonisation industrielle sont profondes, et pourraient transformer l'économie de l'action climatique.
L'avantage de l'azote : l'ingénierie de précision pour l'efficacité
L'innovation fondamentale réside dans la configuration spécifique des atomes d'azote dans le matériau NDGC. «Nous avons découvert qu'en plaçant stratégiquement des atomes d'azote à certaines positions du réseau de carbone, nous pouvions créer des pièges moléculaires hautement sélectifs pour le CO2», explique le Dr Sharma. "Mais ce qui change vraiment la donne, c'est la faiblesse avec laquelle le CO2 se lie dans des conditions spécifiques, ce qui permet une libération d'énergie incroyablement faible."
Les méthodes traditionnelles de capture du carbone, qui reposent souvent sur des solvants à base d'amines, nécessitent des températures élevées, généralement entre 120°C et 180°C, pour extraire le CO2 capturé en vue de le stocker ou de le réutiliser. Ce processus de régénération à forte intensité énergétique constitue un facteur de coût majeur et un obstacle majeur à une adoption généralisée. Le matériau NDGC de l’équipe zurichoise fonctionne cependant à des températures remarquablement basses. « Une variante spécifique de notre matériau NDGC capture et libère efficacement le CO2 à des températures inférieures à 60°C », déclare le professeur Kenji Tanaka, auteur principal de l'étude et directeur de la Global Carbon Initiative. "Cela signifie qu'il pourrait être régénéré en utilisant la chaleur résiduelle des processus industriels ou même de l'énergie solaire thermique, réduisant potentiellement la pénalité énergétique liée au captage du carbone jusqu'à 75 %."
Surmonter les obstacles actuels en matière de technologie climatique
Les coûts opérationnels élevés associés à la consommation d'énergie ont longtemps été le talon d'Achille des technologies de captage, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS). Malgré l'urgence soulignée par les rapports du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) et les objectifs de l'Accord de Paris, la viabilité économique des projets CCUS à grande échelle reste un obstacle important.
Ce nouveau matériel NDGC répond directement à ce défi. En réduisant considérablement l'énergie nécessaire à la libération du CO2, les chercheurs prévoient que les coûts opérationnels du captage du carbone pourraient être réduits de 50 à 60 % par rapport aux principaux absorbants actuels. Les tests en laboratoire détaillés dans leur publication ont montré que le matériau NDGC pouvait capturer jusqu'à 92 % du CO2 provenant des gaz de combustion industriels simulés, démontrant à la fois son efficacité et son potentiel d'application dans le monde réel. « Il ne s’agit pas seulement d’une amélioration progressive ; c’est un changement fondamental dans la façon dont nous abordons l’économie énergétique du captage du carbone », ajoute le Dr Sharma. "Cela rend soudainement viables des projets auparavant non rentables, ouvrant de nouvelles voies à des industries comme le ciment, l'acier et la production d'électricité pour se décarboner."
Du laboratoire à la grande échelle : la voie à suivre
Bien que les résultats en laboratoire soient très prometteurs, le parcours de la découverte à la mise en œuvre industrielle implique des étapes importantes. L'équipe de recherche se concentre désormais sur l'augmentation de la production du matériau NDGC et l'optimisation de ses performances pour un fonctionnement continu et à long terme dans des environnements industriels difficiles. Les premières estimations suggèrent que des projets pilotes démontrant la technologie pourraient de manière réaliste démarrer dans les deux à trois prochaines années, avec une adoption industrielle plus large possible d'ici cinq à sept ans.
L'impact potentiel s'étend au-delà des seules économies de coûts. En permettant l’utilisation de la chaleur résiduelle, cette technologie pourrait réduire encore davantage l’empreinte carbone globale des installations industrielles, contribuant ainsi à une économie plus circulaire. Alors que les dirigeants mondiaux sont aux prises avec l’immense défi de limiter le réchauffement climatique à 1,5°C par rapport aux niveaux préindustriels, des innovations telles que le matériau NDGC offrent un nouvel outil puissant dans leur arsenal. Le projet de l'équipe de l'Université de Zurich pour une technologie climatique de nouvelle génération pourrait très bien être le catalyseur nécessaire pour accélérer le déploiement de solutions abordables et efficaces de captage du carbone dans le monde entier.
