Capter les gaz à effet de serre à l'aide de la lumière
Des chercheurs de l'ETH Zurich mettent au point une nouvelle méthode pour extraire le CO2 pour en extraire de l'eau. Ils travaillent avec des molécules qui deviennent acides sous l'effet de la lumière. Ce nouveau procédé nécessite beaucoup moins d'énergie que les technologies traditionnelles.
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En bref
- Les chercheurs utilisent des molécules réactives à la lumière pour influencer le degré d'acidité d'un liquide et ainsi extraire le CO2 est à séparer.
- Pour que les molécules réactives à la lumière restent stables sur une longue période, les chercheurs ont mis au point un mélange spécial de différents solvants.
- Les technologies traditionnelles de captage du CO2-Les procédés de dép?t par électrophorèse fonctionnent avec des différences de température ou de pression et nécessitent beaucoup d'énergie. Cela n'est plus nécessaire avec la nouvelle méthode basée sur la lumière.
Pour freiner le réchauffement de la planète, nous devons réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre, notamment en renon?ant aux énergies fossiles et en utilisant des technologies plus efficaces sur le plan énergétique. Toutefois, la réduction des émissions ne suffira pas à elle seule à atteindre les objectifs climatiques. De grandes quantités de gaz à effet de serre CO2 de l'atmosphère afin de le stocker durablement sous terre ou de l'utiliser comme matière première chimique climatiquement neutre dans l'industrie. Les technologies disponibles aujourd'hui pour le stockage du CO2-Toutefois, les systèmes de capture du carbone nécessitent beaucoup d'énergie et sont donc co?teux.
Les chercheurs de l'ETH Zurich développent donc une nouvelle méthode qui utilise la lumière. Ainsi, à l'avenir, le soleil devrait fournir l'énergie nécessaire à la capture du CO2-Le projet de l'Université de B?le fournit des informations sur la séparation de l'hydrogène et de l'oxygène.
Commutateur acide commandé par la lumière
Les scientifiques, sous la direction de Maria Lukatskaya, professeure de systèmes énergétiques électrochimiques, utilisent le fait que le CO2 dans des liquides aqueux acides sous forme de CO2 mais qui réagit dans les liquides aqueux alcalins pour former des sels d'acide carbonique. Cette réaction chimique est réversible. Le degré d'acidité d'un liquide détermine la présence ou non de CO2 ou contient un sel d'acide carbonique.
Pour influencer le degré d'acidité de leur liquide, les chercheurs lui ont ajouté des molécules, appelées photoacides, qui réagissent à la lumière. Lorsqu'un tel liquide est exposé à la lumière, les molécules le rendent acide. Dans l'obscurité, les molécules reviennent à leur état initial, ce qui rend le liquide plus alcalin.
La méthode des chercheurs de l'ETH fonctionne en détail de la manière suivante : les chercheurs séparent le CO2 de l'air en faisant passer l'air dans l'obscurité à travers un liquide contenant des photoacides. Comme celui-ci est alcalin, le CO2 et forme des sels d'acide carbonique. Dès que ces sels se sont fortement accumulés dans le liquide, les chercheurs irradient le liquide avec de la lumière. Celui-ci devient alors acide et les sels d'acide carbonique se transforment en CO2 um. Comme dans une bouteille de Coca-Cola, le CO2 du liquide. Il peut être capté dans des réservoirs de gaz. Ne contient presque plus de CO2 est présent dans le liquide, les chercheurs éteignent la lumière et le cycle recommence.
C'est le mélange qui compte
Dans la pratique, un problème s'est toutefois posé : les photoacides utilisés sont instables dans l'eau. "Dès nos premières expériences, nous avons réalisé que les molécules s'étaient décomposées au bout d'une journée", explique Anna de Vries, doctorante dans l'équipe de Lukatskaya et première auteure de l'étude.
Lukatskaya, de Vries et leurs collègues ont donc analysé la décomposition de la molécule et résolu le problème en faisant se dérouler leur réaction non pas dans l'eau, mais dans un mélange d'eau et d'un solvant organique. Dans le cadre d'expériences en laboratoire, les scientifiques ont déterminé le rapport optimal entre les deux liquides. Des calculs de modélisation effectués en collaboration avec des chercheurs de la Sorbonne Université à Paris leur ont permis d'expliquer scientifiquement les résultats.
"Avec notre procédé, nous n'avons pas besoin de chauffer. Il nécessite donc beaucoup moins d'énergie".Maria Lukatskaya
D'une part, ils sont ainsi parvenus à maintenir les molécules de photoacides stables dans la solution pendant près d'un mois. D'autre part, ils ont ainsi veillé à ce que la lumière permette de passer à volonté d'une solution acide à une solution alcaline. En effet, si les chercheurs utilisaient leur solvant organique sans eau, la réaction serait irréversible.
Renoncer au chauffage
?galement d'autres procédés pour le CO2-Les processus de séparation du CO sont des processus en boucle. Une méthode établie, par exemple, fonctionne avec des filtres sur lesquels le CO2-molécules se fixent à température ambiante. Pour réduire le CO2 des filtres, ceux-ci doivent être chauffés à environ 100 degrés Celsius. Or, le chauffage et le refroidissement sont gourmands en énergie : ils représentent la majeure partie du besoin en énergie de la méthode de filtration. "Avec notre méthode, en revanche, nous n'avons pas besoin de chauffer ni de refroidir. Cela explique pourquoi notre méthode nécessite beaucoup moins d'énergie", explique Lukatskaya. A cela s'ajoute le fait que la nouvelle méthode des chercheuses de l'ETH peut également fonctionner uniquement avec la lumière du soleil.
"Ce qui est également intéressant dans notre système, c'est que nous pouvons passer de l'alcalin à l'acide en quelques secondes et de nouveau à l'alcalin en quelques minutes. Nous pouvons donc passer beaucoup plus rapidement du CO2-Les processus de capture et de libération du dioxyde de carbone alternent avec ceux d'un système à température contr?lée", explique M. de Vries.
Avec cette étude, les chercheurs ont montré que les photoacides peuvent être utilisés en laboratoire pour séparer le CO2 peuvent être utilisés. Sur le chemin de la commercialisation, les chercheurs souhaitent tout d'abord augmenter encore la stabilité de la molécule de photoacides. En outre, les chercheurs doivent encore mieux étudier l'ensemble du processus afin de pouvoir l'optimiser davantage.
Référence bibliographique
de Vries A, Goloviznina K, Reiter M, Slanne M, Lukatskaya MR : Solvation-Tuned Photoacid as a Stable Light-Driven pH Switch for CO2 Capture and Release, Chemistry of Materials, 20 décembre 2023, doi : page externe10.1021/acs.chemmater.3c02435