Les tests de filtres textiles sont prometteurs pour la capture du carbone

Les tests de filtres textiles sont prometteurs pour la capture du carbone

Une nouvelle conception de filtre pourrait aider à éliminer le dioxyde de carbone des émissions de gaz de combustion et de l’air. Crédit : Sonja Salmon.

Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont découvert qu’ils pouvaient filtrer le dioxyde de carbone des mélanges d’air et de gaz à des taux prometteurs en utilisant un nouveau filtre proposé à base de textile qui combine un tissu de coton et une enzyme appelée anhydrase carbonique, l’un des outils de la nature pour accélérer les réactions chimiques.

Les résultats des premiers tests en laboratoire représentent un pas en avant dans le développement d’une éventuelle nouvelle technologie de capture du carbone qui pourrait réduire les émissions de dioxyde de carbone provenant des centrales électriques à biomasse, au charbon ou au gaz naturel. Et même si le filtre devrait être considérablement agrandi, les chercheurs pensent que sa conception faciliterait cette étape par rapport aux autres solutions proposées.

“Avec cette technologie, nous voulons arrêter les émissions de dioxyde de carbone à la source, et les centrales électriques sont actuellement la principale source d’émissions de dioxyde de carbone”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jialong Shen, chercheur postdoctoral à NC State. “Nous pensons que le principal avantage de notre méthode par rapport à des recherches ciblées de manière similaire est que notre méthode pourrait être facilement étendue à l’aide d’installations de fabrication de textiles traditionnelles.”

La pièce maîtresse de la conception de l’équipe de recherche pour un filtre chimique proposé à base de textile est l’anhydrase carbonique, une enzyme naturelle, qui peut accélérer une réaction dans laquelle le dioxyde de carbone et l’eau se transformeront en bicarbonate, un composé du bicarbonate de soude. L’enzyme joue un rôle important dans le corps humain; il aide à transporter le dioxyde de carbone afin qu’il puisse être expiré.

“Nous avons emprunté cette merveilleuse enzyme dans notre processus pour accélérer l’absorption de dioxyde de carbone dans une solution aqueuse”, a déclaré Shen.

Pour créer le filtre, les chercheurs ont attaché l’enzyme à un tissu de coton à deux couches en trempant le tissu dans une solution contenant un matériau appelé chitosane, qui agit comme une colle. Le chitosane emprisonne physiquement l’enzyme, la faisant coller au tissu.

Les chercheurs ont ensuite mené une série d’expériences pour voir dans quelle mesure leur filtre séparerait le dioxyde de carbone d’un mélange atmosphérique de dioxyde de carbone et d’azote, simulant les niveaux émis par les centrales électriques. Ils ont roulé le tissu en spirale afin qu’il puisse être poussé dans un tube. Ils ont poussé le gaz à travers le tube, avec une solution à base d’eau. Lorsque le dioxyde de carbone a réagi avec l’eau de la solution et l’enzyme, il s’est transformé en bicarbonate et s’est égoutté dans le filtre et le tube. Ensuite, ils ont capturé la solution de bicarbonate et l’ont acheminée.

Lorsqu’ils poussaient l’air à travers le filtre à un débit de 4 litres par minute, ils pouvaient extraire 52,3 % du dioxyde de carbone avec un filtre à simple empilement et 81,7 % avec un filtre à double empilement. Bien que les résultats soient prometteurs, ils doivent tester le filtre par rapport aux débits d’air plus rapides utilisés dans les centrales électriques commerciales. À titre de comparaison, une opération à grande échelle devrait traiter plus de 10 millions de litres de gaz de combustion par minute. Les chercheurs travaillent avec des collaborateurs pour tester à plus grande échelle et comparer leur technologie à d’autres technologies comparables à l’étude.

“C’est une histoire toujours en cours, mais nous avons obtenu des résultats initiaux vraiment excitants”, a déclaré la co-auteure de l’étude, Sonja Salmon, professeure agrégée d’ingénierie textile, de chimie et de sciences à NC State. “Nous avons fait des progrès très significatifs.”

En plus de tester les taux de capture du carbone des filtres, ils ont également testé le fonctionnement du filtre après cinq cycles de lavage, de séchage et de stockage. Ils ont trouvé qu’il pouvait maintenir un haut niveau de performance.

“L’enzyme peut être maintenue à une température plus basse pendant très longtemps et elle sera durable”, a déclaré Shen. “Le tissu lui fournit un support physique et une structure, tout en lui offrant une grande surface pour réagir avec le dioxyde de carbone.”

La capture du dioxyde de carbone n’est qu’une partie du processus – ils travaillent également sur le problème du recyclage du liquide après sa sortie du filtre, ainsi que sur le processus de transformation du bicarbonate en dioxyde de carbone afin qu’il puisse être stocké et éliminés ou utilisés à d’autres fins commerciales.

“Nous voulons régénérer la solution d’eau que nous utilisons avec le filtre afin de pouvoir l’utiliser encore et encore”, a déclaré Salmon. “Ce côté du processus nécessite plus de travail, pour rendre l’énergie de régénération du solvant aussi faible que possible.”

Les chercheurs affirment que de nouvelles technologies de capture du carbone sont nécessaires, qui nécessiteraient moins d’énergie que les technologies de capture du carbone commercialisées existantes, dont certaines ne sont utilisées que pour filtrer le dioxyde de carbone et le rejeter dans l’atmosphère. Ils espèrent que leur système de capture du carbone pourrait aider à réduire les coûts pour aider à stimuler l’adoption.

“Il existe de nombreuses façons différentes de capturer le dioxyde de carbone”, a déclaré Shen. “La norme actuelle dans le cadre commercial utilise une réaction si rapide, si robuste et qui lie si bien le dioxyde de carbone qu’il est difficile d’éliminer le dioxyde de carbone. Vous devez utiliser des températures très élevées, ce qui signifie beaucoup de consommation d’énergie. Cela rend votre processus plus coûteux. »

L’étude, “Anhydrase carbonique immobilisée sur un emballage textile structuré à l’aide du piégeage du chitosane pour le CO2 Capture” a été publié en ligne dans ACS Chimie & Ingénierie Durables.


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Plus d’information:
Jialong Shen et al, Anhydrase carbonique immobilisée sur un emballage textile structuré à l’aide du piégeage de chitosane pour la capture de CO2, ACS Chimie & Ingénierie Durables (2022). DOI : 10.1021/acssuschemeng.2c02545

Fourni par l’Université d’État de Caroline du Nord

Citation: Les tests de filtres textiles sont prometteurs pour la capture du carbone (2022, 3 juin) récupéré le 3 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-textile-filter-carbon-capture.html

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