Un matériau de pointe pour améliorer le captage du carbone
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Des ingénieurs chimistes de l'EPFL ont développé une nouvelle méthode de fabrication des membranes zéolithiques – des matériaux de pointe utilisés pour la séparation de gaz dans des conditions difficiles.
Les zéolithes sont des minéraux poreux qui sont présents à l’état naturel mais aussi synthétisés de manière artificielle. Du fait de leur stabilité et de leur durabilité, les zéolithes sont utilisées pour la catalyse chimique, la purification de gaz et liquides, voire dans des applications médicales telles que l’administration de médicaments et les poudres de coagulation du sang (par exemple, les pansements hémostatiques QuickClot utilisés dans l’armée américaine).
Les zéolithes utilisées pour la séparation de gaz sont habituellement produites sous forme de membranes. Les membranes zéolithiques ultramodernes sont fabriquées via un processus de cristallisation long et complexe. Malheureusement, ce processus s’avère difficile à reproduire. Par ailleurs, il ne permet pas de créer de membranes de séparation de gaz efficaces, notamment dans le cas de la séparation de l’hydrogène et du dioxyde de carbone. Or, cette séparation est nécessaire pour le captage du carbone pré-combustion des centrales électriques.
Sous la direction de Kumar Agrawal à l’EPFL Valais-Wallis, une équipe d’ingénieurs chimistes a réussi à simplifier la chimie de la synthèse des membranes zéolithiques, en la rendant reproductible et évolutive. La réalisation de cet objectif de longue date est publiée dans la revue scientifique Nature Materials.
Les scientifiques ont développé une nouvelle chimie du matériau qui supprime intégralement le long processus de cristallisation. «Nous avons créé des cristaux semblables à des pièces de Lego (nanofeuilles) et nous les avons empilés au moyen de la chimie de condensation du silanol», affirme Kumar Agrawal. La membrane obtenue présente des performances de séparation idéales de l’hydrogène et du dioxyde de carbone, avec une sélectivité jusqu’à 100 à 250-300 degrés Celsius.
Les auteurs concluent : «La synthèse évolutive des membranes zéolithiques de criblage de l’hydrogène haute température devrait améliorer l’efficacité énergétique du captage du carbone pré-combustion.»
Autres collaborateurs
- Université de Montpellier
- Université des sciences et technologies du roi Abdallah
- ETH Zurich
Swiss Competence Center for Energy Research : Efficiency of Industrial Processes (SCCER-EIP)
Fonds national suisse de la recherche scientifique
Swiss National Supercomputing Centre (CSCS)
Mostapha Dakhchoune, Luis Francisco Villalobos, Rocio Semino, Lingmei Liu, Mojtaba Rezaei, Pascal Schouwink, Claudia Esther Avalos, Paul Baade, Vanessa Wood, Yu Han, Michele Ceriotti, Kumar, Varoon Agrawal. Gas sieving zeolitic membranes by the condensation of precursor nanosheets. Nature Materials 05 October 2020. DOI: 10.1038/s41563-020-00822-2