Système alimenté par la lumière du soleil imite les usines de capture de carbone de puissance

Les méthodes actuelles de capture et de libération de carbone sont coûteuses et si fortes énergétiques qu’elles nécessitent souvent, contre-productrices, l’utilisation de combustibles fossiles. S’inspirant des plantes, les chercheurs de Cornell ont assemblé un processus chimique qui peut alimenter la capture du carbone avec une source d’énergie abondante, propre et libre: la lumière du soleil.

La recherche pourrait considérablement améliorer les méthodes actuelles de capture du carbone – une stratégie essentielle dans la lutte contre le réchauffement climatique – en réduisant les coûts et les émissions nettes.

Dans l’étude, publiée dans ChemLes chercheurs ont découvert qu’ils peuvent séparer le dioxyde de carbone des sources industrielles en imitant les mécanismes que les plantes utilisent pour stocker le carbone, en utilisant la lumière du soleil pour rendre une molécule énol stable suffisamment réactive pour “saisir” le carbone.

Ils ont également utilisé la lumière du soleil pour conduire une réaction supplémentaire qui peut ensuite libérer le dioxyde de carbone pour le stockage ou la réutilisation. Il s’agit du premier système de séparation lumineux pour la capture et la libération du carbone. Les étudiants diplômés Bayu Ahmad, MS ’23, sont le premier auteur.

“Du point de vue de la chimie, c’est totalement différent de ce que n’importe qui d’autre fait dans la capture du carbone”, a déclaré l’auteur principal Phillip Milner, professeur agrégé de chimie et de biologie chimique au College of Arts and Sciences. “Tout le mécanisme était l’idée de Bayu, et quand il me l’a montré à l’origine, je pensais que cela ne fonctionnerait jamais. Cela fonctionne totalement.”

Le dioxyde de carbone est difficile à capturer car il est inerte, a déclaré Milner, qui a conduit des chercheurs et une industrie à des amines – des composés organiques et dérivés d’ammoniac qui contiennent de l’azote – qui réagissent sélectivement avec du dioxyde de carbone et peuvent le tirer de mélanges de nombreux composés. Mais les amines ne sont pas stables en présence d’oxygène et ne durent pas, nécessitant la production énergétique de plus en plus d’amines.

“Dès le début, notre laboratoire a essayé de réfléchir à la façon dont nous pouvons utiliser notre intuition en tant que chimistes pour trouver des voies alternatives pour la capture de dioxyde de carbone”, a déclaré Milner. “Nous avons essentiellement une devise de« tout sauf amines ».

La réaction de capture du carbone utilise le même mécanisme que l’enzyme Rubisco, cruciale pour la photosynthèse, utilise pour fixer le carbone dans les plantes. Pour libérer le carbone, les chercheurs ont changé le pH pour activer la décarboxylation ou l’élimination d’un groupe carboxyle. Ils ont utilisé un sorbant bon marché, la 2-méthylbenzophénone, et ont constaté que le taux de capture de carbone dans le nouveau système était égal ou meilleur que les autres technologies axées sur la lumière. Le système n’a pas non plus nécessité de refroidissement supplémentaire entre les étapes de libération et de capture, une limitation majeure des autres méthodes de capture et de libération du carbone.

Les chercheurs ont testé le système à l’aide d’échantillons de conduits de construction de chaleur et d’électricité combinés de Cornell, une centrale électrique sur le campus qui brûle le gaz naturel et a constaté qu’il a réussi à isoler le dioxyde de carbone. Milner a déclaré que cette étape était significative, car de nombreuses méthodes prometteuses pour la capture du carbone dans le laboratoire échouent lorsqu’ils sont à l’échelle des échantillons du monde réel avec des contaminants traces.

Milner et son équipe envisagent de mettre en scène la réaction sur ce qui ressemble à un panneau solaire, mais qui capturerait du carbone au lieu de produire de l’électricité. En tant qu’inaugural Family Fellow de la famille Semlitz au Cornell Atkinson Center for Sustainability, Ahmad travaille avec des partenaires du Cornell SC Johnson College of Business pour explorer la commercialisation.

“Nous aimerions vraiment arriver au point où nous pouvons retirer le dioxyde de carbone de l’air, car je pense que c’est le plus pratique”, a déclaré Milner. “Vous pouvez imaginer entrer dans le désert, vous mettez ces panneaux qui aspirent le dioxyde de carbone hors de l’air et le transformant en dioxyde de carbone à haute pression pur. Nous pourrions ensuite le mettre dans un pipeline ou le convertir en quelque chose sur place.”

Le laboratoire de Milner explore également comment le système alimentaire pourrait être appliqué à d’autres gaz, car la séparation entraîne 15% de la consommation mondiale d’énergie.

“Il y a beaucoup d’occasions de réduire la consommation d’énergie en utilisant la lumière pour conduire ces séparations au lieu de l’électricité”, a déclaré Milner.

Milner fait partie d’un effort pour faire des échantillons de conduits à partir du bâtiment combiné de chaleur et d’électricité de Cornell à la disposition des chercheurs et des startups étudiant la capture du carbone à Cornell et au-delà.

“Il est vraiment difficile d’obtenir de vrais gaz de combustion de l’industrie, car les entreprises ne veulent pas que les gens sachent ce qui sort de leurs centrales électriques”, a déclaré Milner. “Mais Cornell n’est pas une entreprise – c’est donc quelque chose d’unique que nous pouvons offrir et que nous espérons être opérationnel au cours de la prochaine année.”