Climat/matériaux Un matériau capable de capter le CO2

Des chimistes de l’EPFL ont conçu un matériau capable de capter le CO2 dans les gaz de combustion humides de manière plus efficace que les matériaux commerciaux actuels. Leur étude est publiée dans la revue Nature.

De manière générale, on entend par «gaz de combustion» tout gaz résultant d’une combustion dans un foyer, un fourneau, une chaudière ou un générateur de vapeur et sortant d’un conduit, d’un échappement ou d’une cheminée, par exemple. Ce terme est toutefois plus communément utilisé pour désigner les vapeurs rejetées par les conduits d’usines et de centrales électriques.

Ces panaches de fumée indissociables des bâtiments industriels contiennent d’importantes quantités de dioxyde de carbone (CO2), gaz à effet de serre contribuant au réchauffement climatique, a indiqué mercredi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

Un moyen de réduire l’impact des gaz de combustion consiste à en extraire le CO2 et à le stocker dans des formations géologiques ou à le recycler. Les recherches qui tentent de trouver de nouveaux matériaux capables de capter le CO2 de ces fumées sont nombreuses.

Une «éponge» que l’eau n’affecte pas

Les réseaux organométalliques (MOF) font partie des solutions les plus prometteuses, mais la majorité de ces matériaux nécessitent d’abord que les gaz de combustion «humides» soient séchés. C'est faisable techniquement, mais très cher, ce qui rend la commercialisation moins probable.

Par un curieux caprice de la nature, les matériaux efficaces pour capter le CO2 se révèlent encore meilleurs pour capter l’eau, et donc peu utiles pour traiter des gaz de combustion humides. Pour la plupart de ces matériaux, le dioxyde de carbone et l’eau semblent être en concurrence pour les mêmes sites d’adsorption, c’est-à-dire les zones de la structure du matériau qui captent la molécule cible.

L'équipe de Berend Smit à l’EPFL a conçu précisément un nouveau matériau qui empêche cette concurrence, n’est pas affecté par l’eau et peut capter le CO2 dans des gaz de combustion humides avec plus d’efficacité que les matériaux du commerce.

Méthode novatrice

Au cours de cette recherche que le Pr Smit qualifie de «percée pour la conception de matériaux par simulation», les scientifiques ont utilisé une approche novatrice: ils ont suivi les méthodes utilisées pour découvrir des médicaments.

Lorsque des entreprises pharmaceutiques recherchent un nouveau médicament potentiel, elles testent d’abord des millions de molécules pour identifier celles qui se lient à une protéine cible associée à la maladie en question.

Ensuite, on compare ces différentes molécules pour déterminer les propriétés structurelles qu’elles partagent. On établit alors un motif commun qui sert de base pour concevoir et synthétiser les molécules médicamenteuses.

Sélection réduite

Les scientifiques de l’EPFL ont ainsi généré par ordinateur 325'000 matériaux qui ont en commun la capacité de capter le CO2. Tous ces matériaux font partie de la famille des MOF, des matériaux populaires et versatiles que Berend Smit étudie depuis des années.

Afin de réduire la sélection, les scientifiques ont ensuite cherché des motifs structurels communs aux MOF qui pouvaient capter efficacement le CO2, mais pas l’eau.

Cette sous-catégorie a ensuite été encore restreinte en ajoutant des paramètres de sélectivité et d’efficacité, jusqu’à ce que l’algorithme sélectionne 35 matériaux présentant de meilleures capacités de captage du CO2 de gaz de combustion humides que les matériaux actuellement disponibles dans le commerce.

«Ce qui distingue ce travail, c’est que nous avons aussi pu synthétiser ces matériaux», explique Berend Smit, cité dans le communiqué.

«Cela nous a permis de collaborer avec nos collègues pour démontrer que les MOF absorbent effectivement le CO2 et pas l’eau, pour tester leurs capacités de captage du carbone et pour les comparer avec les matériaux existants», conclut le spécialiste.

Cette partie de l’étude a été menée en collaboration avec l’Université de Californie à Berkeley, l’Université d’Ottawa (Canada), l’Université Heriot-Watt à Edimbourg (GB) et l’Université de Grenade (E).