Des scientifiques de l’université de l’Illinois à Chicago ont mis au point un nouveau système de « feuille artificielle » pour capter le CO2.
Recréer le processus de photosynthèse naturelle dans lequel les plantes transforment la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone en énergie est un objectif poursuivi depuis longtemps par la science. Souvent décrits comme une « feuille artificielle », ces systèmes pourraient jouer un rôle clé dans la lutte contre le changement climatique. Une équipe d’ingénieurs vient d’accélérer le rythme avec une solution qui capte le dioxyde de carbone 100 fois plus vite que les technologies actuelles.
Au fil des ans, nous avons examiné un certain nombre de systèmes de feuilles artificielles qui utilisent la lumière du soleil pour transformer l’eau en carburants liquides et en électricité. Un exemple intéressant nous est venu des ingénieurs de l’Université de l’Illinois Chicago (UIC) en 2019. Il présentait une conception unique qui, selon les créateurs, permettait de l’utiliser dans le monde réel, contrairement à d’autres solutions de laboratoire qui ne pouvaient fonctionner qu’avec du dioxyde de carbone provenant de réservoirs pressurisés.
La solution consistait en une unité de photosynthèse artificielle standard qui était enfermée dans une capsule transparente remplie d’eau, et comportait une couche extérieure semi-perméable. Lorsque la lumière du soleil frappait le dispositif, l’eau s’évaporait à travers les pores de la couche extérieure et le dioxyde de carbone était aspiré pour le remplacer, où l’unité intérieure le transformait en monoxyde de carbone. Ce CO pourrait à son tour être capturé et utilisé pour fabriquer des carburants synthétiques.
En apportant quelques modifications essentielles à la conception, les scientifiques ont porté ses performances à de nouveaux sommets. L’équipe a utilisé des matériaux peu coûteux pour intégrer une membrane chargée électriquement qui agit comme un gradient d’eau, avec un côté sec et un côté humide. Du côté sec, un solvant organique s’attache au dioxyde de carbone capturé et le transforme en bicarbonate concentré, qui s’accumule sur la membrane.
Une électrode chargée positivement du côté humide attire alors le bicarbonate à travers la membrane et dans la solution aqueuse, où il est reconverti en dioxyde de carbone pour fabriquer des carburants ou dans d’autres applications. La modification de la charge électrique permet d’accélérer ou de ralentir le taux de capture du carbone. Le scientifique a constaté qu’à son niveau optimal, la membrane pouvait capturer 3,3 millimoles par heure pour quatre centimètres carrés (0,6 sq in) de matériau.
Le diagramme illustre la conception d’un nouveau dispositif de « feuille artificielle » qui capture le dioxyde de carbone avec une grande efficacité.
Ce « taux de flux » est décrit comme très élevé, et plus de 100 fois meilleur que les systèmes existants. Fait important, seule une quantité négligeable d’énergie a été nécessaire pour alimenter les réactions, soit 0,4 kilojoule par heure, ce qui est inférieur à ce qu’il faut pour faire fonctionner une ampoule LED d’un watt. Tout aussi impressionnant, l’équipe affirme que le système peut capturer le dioxyde de carbone à un prix de 145 dollars la tonne, ce qui est conforme aux directives du ministère de l’énergie selon lesquelles ces technologies doivent coûter 200 dollars la tonne ou moins.
« Notre système de feuilles artificielles peut être déployé en dehors du laboratoire, où il a le potentiel de jouer un rôle important dans la réduction des gaz à effet de serre dans l’atmosphère grâce à son taux élevé de capture du carbone, à son coût relativement faible et à son énergie modérée, même par rapport aux meilleurs systèmes de laboratoire », a déclaré Meenesh Singh, professeur adjoint de génie chimique à l’UIC College of Engineering et auteur correspondant de l’article.
Le dispositif est suffisamment petit pour tenir dans un sac à dos et est modulaire par nature, ce qui signifie que plusieurs unités peuvent potentiellement être empilées les unes sur les autres pour construire des dispositifs adaptés à différents environnements.
« Il est particulièrement intéressant que cette application réelle d’une feuille artificielle entraînée par l’électrodialyse présente un flux élevé avec une petite surface modulaire », a déclaré M. Singh. « Cela signifie qu’elle a le potentiel d’être empilable, les modules peuvent être ajoutés ou soustraits pour s’adapter plus parfaitement au besoin et être utilisés de manière abordable dans les foyers et les salles de classe, et pas seulement parmi les organisations industrielles rentables. Un petit module de la taille d’un humidificateur domestique peut éliminer plus de 1 kg de CO2 par jour, et quatre piles d’électrodialyse industrielles peuvent capturer plus de 300 kg de CO2 par heure à partir des gaz de combustion. »
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/EE/D1EE03018C
