Dans le but de lutter contre le changement climatique mondial, des scientifiques rivalisent d’ingéniosité dans la conception de systèmes de capture du dioxyde de carbone toujours plus efficaces, afin de réduire sa concentration dans l’atmosphère. Dans un effort conjoint, les industriels commencent à s’équiper de centres de traitement d’air, notamment de systèmes dits de capture directe de l’air (DAC), afin de réduire leur empreinte carbone. Cependant, ces derniers restent assez limités en matière de capacité. Les coûts de fonctionnement sont aussi un frein, car les réactions chimiques y sont très énergivores. Un nouveau système de capture du carbone japonais ambitionne de surmonter ces obstacles, grâce à une technologie de « séparation de phases liquide-solide », qui élimine directement le CO2 de l’atmosphère. Efficace à 99% avec de faibles concentrations de CO2 et deux fois plus rapide que les DAC actuels, ce nouveau système serait le plus rapide au monde.
Beaucoup de scientifiques estiment que les effets du changement climatique auraient déjà atteint un point de non-retour. Ces conséquences se font déjà sentir dans de nombreux pays dans le monde, où les dégâts sont dramatiques. Des pays comme l’Inde et le Pakistan par exemple ont récemment fait la une des journaux avec des hausses de températures extrêmes et inhabituelles. Dans d’autres pays, de milliers d’hectares de forêts disparaissent pour laisser place à des déserts. Sans solutions pérennes, ce genre de catastrophe risque d’affecter encore plus de pays.
Afin de tenter de ralentir ces impacts néfastes, les technologies de réduction des émissions carbone (l’un des principaux facteurs anthropiques du changement climatique) se développent. En plus de la réduction du carbone atmosphérique, les scientifiques y voient des opportunités de réutilisation du CO2 capturé. Les technologies actuelles permettent à la fois de capturer, de stocker et de convertir le CO2 en d’autres composés chimiques industriellement réutilisables.
Cependant, plusieurs obstacles doivent encore être surmontés avant de pouvoir appliquer les technologies DAC actuelles (telles que celles utilisant de l’hydroxyde de potassium et de l’hydroxyde de calcium) à grande échelle. L’un des défis concerne l’efficacité, car les concentrations de CO2 de l’air ne permettent que des réactions chimiques très lentes avec les substances de capture. De plus, le CO2 capturé est difficile à extraire et à réutiliser, dans la mesure où les réactions chimiques permettant la désorption sont très énergivores.
Une nouvelle étude dirigée par l’Université métropolitaine de Tokyo concerne les DAC à système de séparation de phases liquide-solide. En temps normal, ce genre de séparation devrait fonctionner sur le principe de base d’une sédimentation, c’est-à-dire que dans un mélange liquide-solide, les corps les plus denses s’accumulent au fond du contenant, par l’effet de la gravité. Mais dans une séparation liquide-solide fonctionnant en continu, les particules solides n’ont pas le temps de sédimenter complètement, et le liquide reste donc chargé de solides en sortie du système.
D’un autre côté, la plupart des DAC font passer de l’air à travers un liquide, où une réaction chimique se produit entre le liquide et le CO2. Plus la réaction avance, plus la quantité de produit de réaction s’accumule dans le liquide, rendant les réactions suivantes de plus en plus lentes.
Le nouveau système de séparation de phases liquide-solide, présenté dans l’étude publiée dans la revue ACS Publications, permet faire sortir de la solution le produit de réaction insoluble et solide. Il n’y a donc pas d’accumulation de particules solides dans le liquide et la vitesse de réaction ne ralentit pas.
Des performances records
Dans leur nouveau système de capture de carbone, les chercheurs ont modifié la structure de composés amines liquides afin d’optimiser la vitesse et l’efficacité de la réaction chimique, avec une large gamme de concentrations de CO2 dans l’air (jusqu’à environ 400 ppm).
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Ils ont alors découvert que l’une de leurs solutions aqueuses, notamment l’isophorone diamine (IPDA), peut capturer et convertir 99% du CO2 de l’air en un précipité solide d’acide carbamique. De plus, il suffit de chauffer à 60 °C le solide dispersé en solution pour inverser la réaction, et ainsi libérer à nouveau le CO2 tout en récupérant le liquide d’origine.
Par ailleurs, la vitesse d’élimination du CO2 était au moins deux fois plus élevée que celle des systèmes DAC classiques de laboratoire, ce qui en fait le plus rapide dans le genre au monde, et ce avec de faibles concentrations de CO2.
L’équipe japonaise estime également que son nouveau procédé serait à terme applicable à grande échelle. L’utilisation du carbone capturé pour les industries et la fabrication de produits ménagers sera également étudiée, faisant de ce nouveau système de capture une solution polyvalente.
