Un nouveau matériau pourrait rendre bien plus facile la capture du CO2. Il est si efficace qu'il rivalise avec les arbres dans cette tâche. Sa conception repose sur une architecture chimique inédite.
Les chercheurs de l'université de Californie ont mis au point ce matériau, nommé COF-999. Sa capacité d'adsorption de CO2 est exceptionnelle, tout en étant stable et durable.
Le nouveau matériau poreux permettant de capturer le dioxyde de carbone, appelé structure organique covalente (COF), possède des canaux hexagonaux décorés de polyamines qui lient efficacement les molécules de dioxyde de carbone (boules bleues et oranges) à des concentrations trouvées dans l'air ambiant.
Image Chaoyang Zhao
Le dioxyde de carbone est l'un des principaux responsables du réchauffement climatique. Bien que réduire les émissions soit essentiel, éliminer ce gaz directement de l'atmosphère est devenu incontournable.
Les matériaux classiques utilisés pour capturer le CO2, comme les MOFs (Metal-Organic Frameworks), se révèlent prometteurs. Cependant, leur durabilité est limitée après plusieurs cycles de régénération, ce qui freine leur efficacité industrielle.
Le COF-999, quant à lui, est basé sur des liaisons covalentes solides (carbone-carbone et carbone-azote), ce qui le rend plus robuste. Ces liaisons sont connues pour leur grande résistance thermique et chimique.
Le matériau fonctionne en piégeant le CO2 dans ses pores. Il peut capturer environ 400 parties par million de CO2 en moins de deux heures. De plus, sa régénération nécessite moins d'énergie que les autres matériaux similaires.
L'intelligence artificielle pourrait encore améliorer cette technologie en optimisant la structure du COF-999. Ce matériau pourrait à terme être utilisé à grande échelle dans des usines de capture directe du CO2.
Bien que des problématiques économiques subsistent, l'équipe de chercheurs estime que ce nouveau matériau pourrait être une avancée majeure dans la lutte contre le réchauffement climatique.
Qu'est-ce qu'un Metal-Organic Framework (MOF) ?
Un Metal-Organic Framework (MOF) est un matériau poreux hybride constitué de nœuds métalliques reliés par des liaisons organiques. Cette structure crée des cavités internes capables de capturer et de stocker des molécules spécifiques, comme le dioxyde de carbone. Les MOFs sont largement utilisés en raison de leur grande surface interne et de leur flexibilité chimique.
Les MOFs sont particulièrement efficaces pour la capture des gaz grâce à leur capacité à adsorber des molécules dans leurs pores. Cela signifie que les gaz se fixent à la surface interne du matériau sans réaction chimique majeure.
Qu'est-ce qu'un Covalent-Organic Framework (COF) et comment aide-t-il à capturer le CO2 ?
Les Covalent-Organic Frameworks (COF) sont des structures cristallines poreuses formées par des liaisons fortes entre atomes de carbone et d'azote. Ces liaisons leur confèrent une grande stabilité chimique et thermique, essentielle pour résister à des conditions extrêmes, comme l'humidité ou la chaleur.
Leur structure interne est conçue pour maximiser la surface disponible afin d'absorber les gaz. Dans le cas du COF-999, les pores sont tapissés d'amines, des composés qui interagissent spécifiquement avec le CO2, permettant de capturer efficacement ce gaz dans l'air ambiant.
Comparé aux autres matériaux de capture, un COF présente l'avantage de nécessiter moins d'énergie pour la régénération et offre une durabilité accrue. Cela en fait un candidat prometteur pour des applications industrielles à grande échelle dans la lutte contre le réchauffement climatique.
La structure cristalline des COF offre un agencement régulier de pores microscopiques, maximisant ainsi la surface disponible pour l'adsorption de gaz comme le CO2. Cette architecture précise permet une capture plus efficace et sélective du dioxyde de carbone.
En contrôlant la taille et la forme des pores dans les COF, il est possible de les optimiser pour des applications spécifiques, telles que la capture du CO2 à partir de l'air. Cela en fait un matériau modulable et adaptable, idéal pour diverses conditions industrielles.