Des molécules sensibles à la lumière pourraient rendre la capture du carbone plus efficace

Des molécules sensibles à la lumière, appelées photoacides, pourraient rendre le processus d’élimination du dioxyde de carbone de l’atmosphère plus économe en énergie. Les chercheurs réfléchissent désormais à des moyens de rendre les photoacides plus pratiques à utiliser.

Cela pourrait être particulièrement utile pour les systèmes de capture directe de l’air (DAC), qui soufflent de l’air sur des matériaux captant le carbone appelés absorbants. Les systèmes existants nécessitent un grande quantité d’énergie séparer le CO2 pur des absorbants afin de le stocker ou de l’utiliser ailleurs. Cela constitue un obstacle majeur à l’utilisation du DAC pour éliminer des milliards de tonnes de CO2 de l’atmosphère chaque année. “Cette étape se heurte à un mur”, déclare Anne de Vries à l’ETH Zurich en Suisse. “Chaque entreprise de capture directe de l’air a du mal et essaie de mettre en place le processus le plus efficace.”

L’ajout de photoacides aux absorbants pourrait aider. Lorsqu’elle est éclairée, chaque molécule de photoacide change de forme et libère un proton, rendant la solution plus acide. Cette « oscillation de pH » libère le CO2 du mélange sorbant-photoacide. Lorsque les lumières s’éteignent à nouveau, les photoacides – et le pH de la solution – reviennent, permettant au sorbant d’absorber à nouveau le CO2. Le cycle peut alors être répété.

Habituellement, la chaleur ou la pression sont utilisées pour libérer le CO2, mais l’utilisation de la lumière du soleil ou de lampes pourrait réduire considérablement l’énergie nécessaire à cette étape, explique de Vries, qui vise à réduire de moitié les besoins énergétiques du DAC. Cependant, les photoacides ont tendance à être instables et peu solubles dans l’eau, ce qui limite l’efficacité avec laquelle ils peuvent libérer du CO2.

De Vries et ses collègues ont ajouté divers solvants à une solution photoacide et j’ai trouvé un mélange cela rend les photoacides plus solubles et prolonge leur durée de vie de quelques heures seulement à près d’un mois.

Dans une autre approche, Uvinduni Premadasa au Oak Ridge National Laboratory au Tennessee et ses collègues trouvé un photoacide différent qui peut maintenir sa réponse à la lumière plus longtemps et produire plus d’acide, lui permettant de libérer plus efficacement le CO2 d’une solution.

Greg Mutch de l’Université de Newcastle au Royaume-Uni, affirme qu’il s’agit de solutions « élégantes et innovantes ». Cependant, il affirme qu’un système à plus grande échelle pourrait se heurter à des difficultés, par exemple la perte de solvant par évaporation dans l’air.

Alors que ces chercheurs se concentraient sur la capture du CO2 de l’atmosphère, le premier test à plus grande échelle de photoacides pourrait avoir lieu dans l’eau. Une start-up appelée Banyu Carbon dans l’État de Washington utilise des photoacides pour séparer le CO2 de l’eau de mer et prévoit d’installer un système capable d’éliminer une tonne de CO2 par an en 2024.

Dans ce système, les photoacides sont exposés à la lumière et l’acidité qui en résulte est temporairement transférée à l’eau de mer, provoquant la libération du CO2 absorbé par l’atmosphère. Alex Gagnonle co-fondateur de l’entreprise, affirme que cela réduit l’énergie nécessaire pour séparer le CO2 et élimine le besoin d’alimenter les ventilateurs.