Un matériau de capture du carbone pourrait aider l’industrie à réduire les émissions et les coûts

Un matériau de capture du carbone inventé en Alberta pourrait aider l'industrie à réduire les émissions et les coûts

Un matériau prometteur de capture du carbone développé et testé par des chercheurs de l’Alberta fait actuellement l’objet d’essais à l’échelle industrielle par le partenaire industriel de la Colombie-Britannique, Svante, dans une cimenterie. Crédit : Svante

La renommée mondiale de l’Alberta en matière de capture et de séquestration du carbone est appelée à connaître un nouvel essor grâce à la promesse d’un matériau inventé et testé dans la province qui offre un moyen efficace d’éliminer le dioxyde de carbone des émissions industrielles.

Une équipe de la faculté de génie de l’Université de l’Alberta a caractérisé un CO2-capture de matériau microporeux développé par un groupe dirigé par George Shimizu à l’Université de Calgary qui attire les molécules de gaz et les voit coller à sa surface. Le matériau, nommé Calgary framework-20 (CALF-20), appartient à une famille de solides microporeux appelés charpentes métallo-organiques.

doctorat l’étudiant Tai Nguyen et Arvind Rajendran, professeur agrégé au département de génie chimique et des matériaux de l’Université de l’Alberta, ont testé les capacités du CALF-20 pour découvrir ses propriétés uniques qui en font un excellent candidat pour le CO2 Capturer. Rajendran a expliqué que l’idée derrière les structures métal-organiques existe depuis des décennies après que les chercheurs ont commencé à prouver qu’une combinaison de métaux et de molécules organiques, connue sous le nom de lieurs, avait le potentiel de concentrer les gaz d’un mélange.

Dans le cas du CALF-20, un seul gramme a une surface de plus de 500 mètres carrés. Ces matériaux peuvent être emballés dans une colonne, un peu comme un convertisseur catalytique, et essentiellement fixés à l’extrémité d’une cheminée.

Rajendran compare le processus qui suit lorsque les émissions sont envoyées à travers le matériau à un groupe de personnes envoyées dans un quartier commerçant.

« Vous commencerez à voir que les gens qui n’aiment pas faire du shopping avancent, tandis que ceux qui le font le feront plus lentement », a-t-il déclaré.

« Au départ, les gens qui n’aiment pas faire du shopping viennent en premier. »

Dans les cas où les émissions sont constituées d’azote et de CO2, l’azote sort en premier tandis que le CO2 est laissé derrière, adhérant au matériau. Pour déplacer le CO2 ainsi le matériau peut être réutilisé, soit la pression dans la colonne est abaissée et le CO concentré2 est aspiré ou le système est réchauffé à l’aide de chaleur perdue ou de vapeur.

« Quand vous fournissez de la chaleur, le CO2 est publié et nous pouvons commencer à le collecter sous une forme plus concentrée que ce que vous avez envoyé. »

Résoudre des problèmes pratiques

Le problème avec ces matériaux, cependant, est que bien qu’ils fonctionnent souvent dans les limites contrôlées d’un laboratoire, ils ne fonctionnent pas en présence d’eau ou d’autres impuretés. C’est là que l’équipe de Rajendran est intervenue.

« L’innovation de ce matériau est qu’il peut bien gérer l’eau. Cela signifie que vous n’avez pas besoin de sécher votre gaz avant de le filtrer à travers ce matériau, ce qui réduit le besoin de tout un tas d’énergie », a-t-il déclaré.

Rajendran a ajouté que les expériences nécessaires pour caractériser le comportement des matériaux en présence d’eau sont difficiles et laborieuses : « Nous avons dû développer de nouvelles techniques, et il a fallu l’énorme patience de Tai pour démontrer la capacité exceptionnelle de CALF-20 à concentrer le CO2 même en présence d’eau. »

Les expériences menées par l’équipe de Rajendran ont été corroborées par une équipe de recherche dirigée par Tom Woo à l’Université d’Ottawa à l’aide de simulations moléculaires avancées.

Un autre défi pour les matériaux de capture du carbone est que même les plus petites quantités de sous-produits d’émissions, tels que le dioxyde de soufre et l’oxyde nitreux, peuvent tuer la capacité de ces matériaux à capturer le CO2, a expliqué Rajendran.

« Le gros avantage de CALF-20 est qu’il fonctionne dans des conditions pratiques pendant des milliers d’heures, contrairement à presque tous les autres développements précédents », a-t-il déclaré.

Une fois concentré, le CO2 est soit comprimé et stocké dans des formations géologiques, repoussé dans d’anciens puits pour une récupération améliorée du pétrole, soit reconverti en carburant, tel que le méthanol, pour être utilisé dans la création d’autres produits.

Réduire les émissions et les coûts

Zoramat Solutions, une entreprise basée à l’Université de Calgary, a dimensionné CALF-20 à l’échelle de plusieurs kilogrammes, et Innovate Calgary l’a concédé sous licence à Svante, un partenaire industriel de Burnaby, en Colombie-Britannique, qui a développé un processus commercial. Svante a montré que le matériau est adapté à un environnement industriel et le teste actuellement dans une cimenterie à une capacité d’une tonne par jour.

« C’est peut-être la première commercialisation à grande échelle d’un cadre métal-organique », a déclaré Rajendran. « Ce sont les technologies de capture du carbone de nouvelle génération qui non seulement réduisent les émissions de CO2 émissions mais réduire les coûts. Ces innovations ont été rendues possibles grâce à des collaborations multi-institutions et interdisciplinaires de chimistes synthétiques et théoriques, d’ingénieurs chimistes et de l’industrie. »

Il a ajouté que le moment coïncide avec le déploiement d’initiatives provinciales visant à réduire l’empreinte environnementale de l’industrie, y compris le premier HUB d’hydrogène du Canada lancé dans la région d’Edmonton, soutenu par plus de 2 millions de dollars de financement de trois niveaux de gouvernement. La région est bien placée pour réussir car elle a l’un des coûts de production d’hydrogène les plus bas au monde, une expérience existante dans la production d’hydrogène, un vaste réseau d’infrastructures de pipelines et des sites appropriés et existants pour la capture du carbone, qui sont tous nécessaires pour mettre à niveau du gaz naturel en hydrogène pour utilisation comme combustible à faible teneur en carbone.

« En Alberta, nous séquestrons près de deux à trois millions de tonnes de CO2 chaque année et nous sommes devenus un leader mondial dans cette technologie parce que nous avons certaines des plus grandes installations de démonstration au monde », a noté Rajendran.

« La capacité de développer de nouveaux matériaux, des procédés associés et une mise à l’échelle pour la démonstration industrielle affirme la position de l’Alberta en tant que chef de file mondial du captage et du stockage du carbone.

La recherche à l’Université de l’Alberta a été financée par une bourse du programme de recherche stratégique Alberta Innovates et une subvention FONCER du CRSNG.

L’étude, « Un cadre organométallique évolutif en tant que physisorbant durable pour la capture du dioxyde de carbone », a été publiée dans La science.


De nouveaux processus de criblage accéléreront la recherche sur le captage du carbone


Plus d’information:
Jian-Bin Lin et al, Un cadre organo-métallique évolutif en tant que physisorbant durable pour la capture du dioxyde de carbone, La science (2021). DOI : 10.1126/science.abi7281

Fourni par l’Université de l’Alberta

Citation: Le matériau de capture du carbone pourrait aider l’industrie à réduire les émissions et les coûts (2021, 17 décembre) récupéré le 17 décembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-12-carbon-capturing-material-industry-emissions.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.