Les membranes de graphène évolutives pourraient suralimenter la capture du carbone

Capturer le dioxyde de carbone (CO₂) Les émissions industrielles sont cruciales dans la lutte contre le changement climatique. Mais les méthodes actuelles, comme l’absorption chimique, sont coûteuses et à forte intensité d’énergie. Les scientifiques ont depuis longtemps le graphène aux yeux – un matériau ultra-fort et mince de l’atome – comme une alternative prometteuse pour la séparation des gaz, mais la fabrication de membranes de graphène efficaces à grande région a été un défi.

Maintenant, une équipe de l’EPFL, dirigée par le professeur Kumar Agrawal, a développé une technique évolutive pour créer des membranes de graphène poreux qui filtrent sélectivement le CO₂ des mélanges à gaz. Leur approche réduit les coûts de production tout en améliorant la qualité et les performances des membranes, ouvrant la voie à des applications réelles dans la capture du carbone et au-delà.

L’étude a été publiée dans Génie chimique de la nature.

Les membranes en graphène sont excellentes pour séparer les gaz car ils peuvent être conçus avec des pores juste de la bonne taille pour laisser CO₂ à travers tout en bloquant des molécules plus grandes comme l’azote. Cela les rend idéaux pour capturer le CO₂ Émissions des centrales électriques et des processus industriels. Mais il y a une prise: fabriquer ces membranes à une échelle significative a été difficile et coûteuse.

La plupart des méthodes existantes reposent sur des feuilles de cuivre coûteuses pour cultiver du graphène de haute qualité nécessaire pour les membranes et nécessitent de délicates techniques de manipulation qui introduisent souvent des fissures, réduisant l’efficacité de la membrane. Le défi a été de trouver un moyen de créer de grandes membranes de graphène de haute qualité de manière rentable et reproductible.

L’équipe de l’EPFL a relevé ces défis de front. Tout d’abord, ils ont développé une méthode pour développer un graphène de haute qualité sur des feuilles de cuivre à faible coût, réduisant considérablement les dépenses des matériaux. Ensuite, ils ont affiné un processus chimique en utilisant l’ozone (O₃) pour gravir de minuscules pores dans le graphène, permettant un CO hautement sélectif₂ filtration.

Surtout, ils ont amélioré la façon dont le gaz interagit avec le graphène, garantissant la formation uniforme des pores sur de grandes zones – une étape clé vers l’évolutivité industrielle.

Pour résoudre le problème de la fragilité de la membrane, les chercheurs ont également introduit une nouvelle technique de transfert. Au lieu de flotter le film de graphène délicat sur un support, ce qui conduit souvent à des fissures, ils ont conçu un processus de transfert direct à l’intérieur du module de membrane qui élimine les problèmes de manipulation et réduit les taux de défaillance à près de zéro.

En utilisant leur nouvelle approche, les chercheurs ont créé avec succès des membranes de graphène de 50 cm² – plus grandes que ce qui était auparavant possible – avec une intégrité presque parfaite. Les membranes ont démontré un CO exceptionnel₂ sélectivité et perméance de gaz élevée, ce qui signifie qu’ils permettent efficacement de CO₂ à travers tout en bloquant les gaz indésirables.

De plus, en optimisant le processus d’oxydation, ils ont pu augmenter la densité du CO₂-Pores sélectifs, améliorant davantage les performances. Les simulations de calcul ont confirmé que l’amélioration du débit de gaz à travers la membrane a joué un rôle crucial dans la réalisation de ces résultats.

Cette percée pourrait changer le jeu pour la capture du carbone. CO traditionnel₂ Les technologies de capture reposent sur des processus chimiques à forte intensité d’énergie, ce qui les rend complexes et coûteux pour une utilisation généralisée. Les membranes de graphène, en revanche, ne nécessitent aucune apport de chaleur et fonctionnent en utilisant une filtration simple entraînée par la pression, réduisant considérablement la consommation d’énergie.

Au-delà de la capture du carbone, cette méthode pourrait être appliquée à d’autres besoins de séparation des gaz, notamment la purification de l’hydrogène et la production d’oxygène. Avec son processus de production évolutif et ses matériaux rentables, l’innovation de l’EPFL rapproche les membranes de graphène de la viabilité commerciale.