Une nouvelle approche pour la capture du carbone pourrait réduire considérablement les coûts

La capture du dioxyde de carbone (CO₂) provenant des usines constitue une stratégie clé dans la lutte contre les effets du changement climatique mondial. Ce procédé est déjà utilisé dans divers secteurs industriels, notamment dans la production de produits pétrochimiques, de ciment et d’engrais.

Cependant, des ingénieurs chimiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont récemment découvert une méthode innovante permettant de rendre ce processus de capture du carbone à la fois plus efficace et moins coûteux. Ils ont trouvé une solution simple : ajouter un composé chimique couramment utilisé dans les laboratoires à la solution de capture.

Cette avancée pourrait réduire de manière significative les coûts liés à la capture du carbone tout en permettant l'utilisation de chaleur perdue ou même de la lumière solaire, au lieu de dépendre de méthodes de chauffage coûteuses qui consomment d'énormes quantités d’énergie.

Le secret de cette innovation repose sur un composé chimique appelé tris (ou trihydroxy-méthyl-amino-méthane), utilisé pour stabiliser le pH de la solution de capture du CO₂. Cela permet au système d'absorber une plus grande quantité de dioxyde de carbone à une température relativement basse.

Le nouveau système peut libérer le CO₂ capturé à 60°C, une température bien inférieure aux 120°C généralement requis par les méthodes traditionnelles. Un progrès notable pour réduire la consommation d'énergie.

Optimiser la capture du carbone

Aujourd’hui, environ 0,1 % des émissions mondiales de carbone sont capturées et stockées sous terre ou transformées en produits commerciaux. La méthode la plus courante pour capturer le CO₂ consiste à faire passer les gaz d’échappement à travers une solution chimique contenant des amines. Ces solutions, qui possèdent un pH élevé, permettent d'absorber le CO₂, un gaz acide.

Outre les amines classiques, des composés basiques appelés carbonates peuvent également être utilisés pour capturer le CO₂. Ces substances sont bon marché et abondantes.

Cependant, l’absorption du CO₂ fait rapidement baisser le pH de la solution, ce qui limite sa capacité à en capturer davantage. L’étape la plus énergivore de ce processus est celle où l’on doit chauffer la solution d'amine ou de carbonate à plus de 120°C pour libérer le CO₂ capturé.

Une réduction des coûts grâce à une simple modification

Pour améliorer l’efficacité de la capture du carbone avec les carbonates, les chercheurs du MIT ont ajouté du tris à une solution de carbonate de potassium. Ce composé, couramment utilisé dans les expériences de laboratoire et présent dans certains produits cosmétiques ou même dans les vaccins à ARN messager contre le COVID-19, joue un rôle de régulateur de pH, empêchant les fluctuations de l’acidité du mélange.

Lorsqu’il est ajouté à la solution de carbonate, le tris, avec sa charge positive, neutralise la charge négative des ions bicarbonates qui se forment lors de l'absorption du CO₂. Cela stabilise le pH et permet à la solution d’absorber jusqu’à trois fois plus de CO₂.

Un autre avantage du tris est qu’il réagit fortement aux variations de température. En chauffant légèrement la solution saturée de CO₂ à environ 60°C, le tris libère rapidement des protons, ce qui fait chuter le pH et permet au CO₂ capturé de se libérer sous forme de bulles.

David Heldbrandt, professeur agrégé en génie chimique et génie biologique à l’Université d’État de Washington, qui n’a pas participé à l’étude, commente : « Le carbonate de potassium est l’un des meilleurs solvants pour la capture du carbone en raison de sa stabilité chimique, de son faible coût et de ses faibles émissions ». Il ajoute : « Je pense que ce système utilisant le carbonate de potassium activé par le tris possède un grand potentiel pour la capture du carbone, notamment parce que les chercheurs ont réussi à améliorer l’efficacité énergétique du processus de régénération sous pression atmosphérique, par rapport à la régénération sous vide, méthode généralement utilisée ».

Un procédé simple et adaptable

Pour tester la faisabilité de leur méthode, les chercheurs ont conçu un réacteur à flux continu pour la capture du carbone. Le procédé commence par faire passer des gaz contenant du CO₂ dans un réservoir contenant la solution de carbonate et de tris, qui capture le CO₂. Ce mélange est ensuite pompé vers une unité de régénération du CO₂, où il est chauffé à environ 60°C pour libérer le gaz capturé sous forme de flux pur de CO₂.

Une fois le CO₂ libéré, la solution est refroidie et renvoyée dans le réservoir pour un nouveau cycle d’absorption et de régénération.

Ce système étant capable de fonctionner à des températures relativement basses, il est beaucoup plus flexible en termes de sources d’énergie. Il peut utiliser de l’énergie solaire, de l’électricité ou même de la chaleur résiduelle générée par des installations industrielles.

Les chercheurs estiment que l’adoption de cette méthode dans les installations industrielles serait simple, et Hatton ajoute : « Ce procédé est remarquable par sa simplicité de conception, c’est une méthode facile à utiliser qui permet une conversion rapide d'un type de solution à un autre ».

Une solution pour un stockage à long terme du CO₂

Enfin, bien que le CO₂ capturé puisse être partiellement utilisé dans la fabrication d'autres produits, Hatton précise que la majorité de ce gaz sera probablement stockée dans des formations géologiques sous terre. « Il est impossible d’utiliser tout le CO₂ capturé pour fabriquer des produits chimiques avant que le marché ne soit saturé », conclut-il.

Gu explore actuellement des ajouts supplémentaires à cette solution pour rendre le processus de capture du CO₂ encore plus efficace en accélérant les taux d’absorption du gaz.