Capter les gaz à effet de serre à l'aide de la lumière

Pour freiner le réchauffement de la planète, nous devons réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre, notamment en renonçant 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 coûteux.

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 Bâle 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.

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

Également 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 contrôlée", 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.