La capture directe de l’air peut être la clé pour sauver la Terre des effets du changement climatique, mais il y a un hic : c’est vraiment difficile à faire.
Les technologies de capture directe de l’air (DAC) sont conçues pour éliminer le dioxyde de carbone de l’air, bien qu’il reste encore beaucoup à faire pour améliorer les matériaux DAC. D’autres molécules dans l’air, en particulier l’eau, sont à des concentrations beaucoup plus élevées que le dioxyde de carbone, ou CO2. Ils commencent à se concurrencer et, finalement, le dioxyde de carbone n’est pas ce qui est capturé – du moins en grande quantité.
« Si les matériaux sont bons pour capter le dioxyde de carbone, ils sont généralement bons pour capter plusieurs gaz », a expliqué Katherine Hornbostel, professeure adjointe de génie mécanique et de science des matériaux à la Swanson School of Engineering de l’Université de Pittsburgh. « Il est vraiment difficile d’ajuster ces matériaux pour capter le dioxyde de carbone, mais rien d’autre, et c’est sur cela que se concentre cette recherche. »
Hornbostel est rejoint par les co-chercheurs Nathaniel Rosi, professeur de chimie Pitt avec une nomination secondaire à la Swanson School et Christopher E. Wilmer, professeur agrégé de génie chimique et pétrolier et William Kepler Whiteford Faculty Fellow à la Swanson School. Janice Steckel, chercheuse au National Energy Technology Laboratory, et les étudiants diplômés Paul Boone, Austin Lieber et Yiwen He travailleront également sur le projet. Ensemble, ils ont publié un article de journal pour la Royal Society of Chemistry sur la création de nouveaux cadres métallo-organiques, ou MOF, conçus pour capturer uniquement le dioxyde de carbone.
Les MOF, un axe de recherche du laboratoire de Wilmer, sont très appréciés pour leur capacité à utiliser des membranes poreuses pour capturer de grands volumes de gaz et peuvent être conçus via une modélisation informatique plutôt que des essais et erreurs traditionnels.
Le MOF aurait une conception noyau-coque, ce qui signifie que le dioxyde de carbone serait piégé dans le noyau, tandis que la coque est capable de bloquer d’autres gaz, en particulier l’eau. La coque et le noyau seraient fabriqués à partir de différents matériaux MOF, avec la coque MOF conçue pour ralentir l’eau et le noyau MOF conçu pour lier le CO2.
« Si vous essayez de travailler avec un adhésif, il peut être difficile de trouver quelque chose qui colle à un matériau qui ne colle pas aussi à l’autre matériau, et c’est vrai jusqu’à l’échelle moléculaire », a déclaré Wilmer. . « Ainsi, lorsque nous fabriquons un matériau très collant au dioxyde de carbone, par inadvertance, il est généralement également collant à l’eau. Nous essayons de trouver un moyen de protéger ces surfaces collantes de l’eau. »
Actuellement, le groupe utilise la modélisation informatique pour sélectionner les meilleurs matériaux pour le noyau et la coque du MOF.
La recherche sur la capture directe de l’air en est encore à ses débuts, mais il existe déjà de multiples utilisations potentielles pour ces technologies. Selon Hornbostel, certains dans le domaine proposent des installations massives dans des zones inoccupées, tandis que d’autres préfèrent utiliser les infrastructures existantes où la vapeur et l’électricité sont déjà disponibles. Mais dans tous les cas, pour que cette technologie fonctionne, il doit y avoir beaucoup d’air en mouvement, ce qui pourrait potentiellement se trouver n’importe où.
Les chercheurs ont des plans à long terme pour la capture directe de l’air en dehors de l’inversion des effets du changement climatique. Cette technologie peut également aider à l’exploration spatiale ainsi qu’à la vie sur d’autres planètes.
« Lorsque nous sommes sur d’autres planètes, comme Mars, la capture directe de l’air est la façon dont nous récupérons le carburant pour retourner sur Terre », a déclaré Wilmer. « Chaque technologie que nous concevons fait avancer la balle. »
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