L’appareil est essentiellement un grand, spécialisé batterie qui absorbe le dioxyde de carbone de l’air (ou d’autres flux de gaz) passant au-dessus de ses électrodes comme il est en cours de charge, puis libère le gaz lorsqu’il est déchargé., En fonctionnement, le dispositif alternerait simplement entre la charge et la décharge, l’air frais ou le gaz d’alimentation étant soufflé à travers le système pendant le cycle de charge, puis le dioxyde de carbone pur et concentré étant soufflé pendant la décharge.

lorsque la batterie se charge, une réaction électrochimique a lieu à la surface de chacune d’une pile d’électrodes. Ceux-ci sont revêtus d’un composé appelé polyanthraquinone, qui est composé de nanotubes de carbone., Les électrodes ont une affinité naturelle pour le dioxyde de carbone et réagissent facilement avec ses molécules dans le flux d’air ou le gaz d’alimentation, même lorsqu’il est présent à de très faibles concentrations. La réaction inverse a lieu lorsque la batterie est déchargée – au cours de laquelle l’appareil peut fournir une partie de l’énergie nécessaire à l’ensemble du système — et éjecte dans le processus un flux de dioxyde de carbone pur. L’ensemble du système fonctionne à température ambiante et à pression d’air normale.,

« le plus grand avantage de cette technologie par rapport à la plupart des autres technologies de capture ou d’absorption du carbone est la nature binaire de l’affinité de l’adsorbant pour le dioxyde de carbone”, explique Voskian. En d’autres termes, le matériau de l’électrode, de par sa nature, « a une affinité élevée ou aucune affinité”, selon l’état de charge ou de décharge de la batterie. D’autres réactions utilisées pour la capture du carbone nécessitent des étapes de traitement chimique intermédiaires ou l’apport d’énergie significative telle que la chaleur ou les différences de pression.,

« cette affinité binaire permet la capture du dioxyde de carbone à partir de n’importe quelle concentration, y compris 400 parties par million, et permet sa libération dans n’importe quel flux porteur, y compris 100% de CO2”, explique Voskian. Autrement dit, comme tout gaz circule à travers la pile de ces cellules électrochimiques plates, pendant l’étape de libération, le dioxyde de carbone capturé sera transporté avec lui. Par exemple, si le produit final souhaité est du dioxyde de carbone pur à utiliser dans la carbonatation des boissons, un flux de gaz pur peut être soufflé à travers les plaques., Le gaz capturé est ensuite libéré des plaques et rejoint le flux.

dans certaines usines d’embouteillage de boissons gazeuses, le combustible fossile est brûlé pour générer le dioxyde de carbone nécessaire pour donner aux boissons leur éclat. De même, certains agriculteurs brûlent du gaz naturel pour produire du dioxyde de carbone pour nourrir leurs plantes en serre. Le nouveau système pourrait éliminer ce besoin de combustibles fossiles dans ces applications et, dans le processus, éliminer les gaz à effet de serre de l’air, dit Voskian., Alternativement, le flux de dioxyde de carbone pur pourrait être comprimé et injecté sous terre pour une élimination à long terme, ou même transformé en combustible par une série de processus chimiques et électrochimiques.

le processus que ce système utilise pour capturer et libérer le dioxyde de carbone « est révolutionnaire”, dit-il. « Tout cela est dans des conditions ambiantes-il n’y a pas besoin d’apport thermique, de pression ou de produit chimique. Ce sont juste ces feuilles très minces, avec les deux surfaces actives, qui peuvent être empilées dans une boîte et connectées à une source d’électricité., »

” dans Mes laboratoires, nous nous efforçons de développer de nouvelles technologies pour résoudre un éventail de problèmes environnementaux qui évitent le besoin de sources d’énergie thermique, les changements de pression du système ou l’ajout de produits chimiques pour compléter les cycles de séparation et de libération », explique Hatton. « Cette technologie de capture du dioxyde de carbone est une démonstration claire de la puissance des approches électrochimiques qui ne nécessitent que de petites variations de tension pour entraîner les séparations., »

dans une usine de travail — par exemple, dans une centrale électrique où les gaz d’échappement sont produits en continu — deux ensembles de telles piles des cellules électrochimiques pourraient être installés côte à côte pour fonctionner en parallèle, les gaz de combustion étant dirigés d’abord vers un ensemble pour le captage du carbone, puis détournés vers le second ensemble pendant que le premier ensemble entre dans son cycle de décharge. En alternant d’avant en arrière, le système pourrait toujours capter et décharger le gaz., En laboratoire, l’équipe a prouvé que le système peut supporter au moins 7 000 cycles de charge-décharge, avec une perte d’efficacité de 30% sur cette période. Les chercheurs estiment qu’ils peuvent facilement améliorer cela à 20 000 à 50 000 cycles.

Les électrodes elles-mêmes peuvent être fabriquées par des méthodes de traitement chimique standard. Bien qu’aujourd’hui cela se fasse en laboratoire, cela peut être adapté de sorte qu’ils puissent finalement être fabriqués en grande quantité grâce à un processus de fabrication rouleau à rouleau similaire à une presse à imprimer, explique Voskian., « Nous avons développé des techniques très rentables », dit-il, estimant qu’il pourrait être produit pour quelque chose comme des dizaines de dollars par mètre carré d’électrode.

comparé aux autres technologies de capture du carbone existantes, ce système est assez économe en énergie, utilisant environ un gigajoule d’énergie par tonne de dioxyde de carbone capturé, de manière cohérente. D’autres méthodes existantes ont une consommation d’énergie qui varie entre 1 et 10 gigajoules par tonne, en fonction de la concentration de dioxyde de carbone à l’entrée, dit Voskian.,

Les chercheurs ont créé une société appelée Verdox pour commercialiser le processus et espèrent développer une usine pilote dans les prochaines années, dit-il. Et le système est très facile à suivre, il dit: « Si vous voulez plus de capacité, vous avez juste besoin de faire plus d’électrodes. »

Ce travail a été soutenu par une subvention du MIT Energy Initiative Seed Fund et par Eni S. p. A.