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Captage du carbone avec des nanotubes
Les membranes fabriquées avec des nanotubes de carbone pourraient réduire la quantité d'énergie nécessaire pour capturer les émissions de dioxyde de carbone des cheminées, et donc réduire les coûts, selon une entreprise qui recevra 1 million de dollars de la nouvelle agence de projets de recherche avancée pour l'énergie, Arpa-e, pour développer la technologie.
L'entreprise, basée à Hayward, en Californie Porifère , affirme que ses membranes à nanotubes de carbone pourraient capturer un milliard à trois milliards de tonnes de dioxyde de carbone par an et économiser 10 milliards de dollars par an par rapport à la technologie actuelle de capture du CO2. À ce stade, cependant, le travail n'en est qu'à ses débuts, explique Olgica Bakajin, directrice de la technologie de Porifera. Elle s'attend à ce qu'il faudra encore un an avant que le premier prototype ne soit prêt.
L'entreprise espère utiliser certaines propriétés particulières des nanotubes pour capturer le dioxyde de carbone. Les membranes pour capturer le CO2 des cheminées doivent avoir deux caractéristiques. Ils doivent être sélectifs, laissant passer le dioxyde de carbone et non les autres gaz d'échappement. Cela produit un flux concentré de dioxyde de carbone qui peut ensuite être comprimé et stocké. Les membranes doivent également être hautement perméables, permettant au CO2 de passer librement afin de minimiser l'énergie nécessaire pour le pomper.
Les membranes de nanotubes de carbone sont particulièrement bonnes pour cette seconde propriété. Les gaz peuvent se déplacer à l'intérieur des nanotubes extrêmement rapidement, à des vitesses 100 fois plus rapides qu'à travers les matériaux membranaires conventionnels, selon les expériences que Bakajin a menées au Lawrence Livermore National Laboratory. Ces résultats ont été publiés dans la revue Science en 2006. Par conséquent, les membranes à base de nanotubes nécessiteraient beaucoup moins d'énergie que les membranes conventionnelles.
Le défi avec les membranes de nanotubes de carbone est de transporter sélectivement le dioxyde de carbone et non les autres gaz dans une cheminée. Ceci est particulièrement difficile car le composant principal des gaz de combustion, l'azote a de nombreuses propriétés qui sont très similaires au CO2, dit Karl Johnson , professeur de génie chimique et pétrolier à l'Université de Pittsburgh. Une approche pour sélectionner le dioxyde de carbone consiste à lier des composés aux extrémités des nanotubes de carbone qui attirent chimiquement le dioxyde de carbone mais pas d'autres gaz. Attirer le CO2 en créerait des concentrations élevées près de la membrane, augmentant la quantité de dioxyde de carbone qui est transportée par rapport à l'azote et aux autres gaz de combustion. La fixation de ces composés est particulièrement facile car les extrémités des nanotubes ont des emplacements ouverts pour la liaison avec de telles molécules, explique Bakajin.
Bakajin dit que cela a été essayé avec des matériaux de membrane plus conventionnels, mais l'ajout de composés pour attirer le dioxyde de carbone diminue la perméabilité de ces membranes au point qu'elles ne sont plus pratiques. La perméabilité extraordinairement élevée des nanotubes de carbone pourrait aider à résoudre ce problème. Nous avons beaucoup de perméabilité à perdre, dit-elle. Si la perméabilité diminue autant qu'avec d'autres matériaux de membrane, tout va bien.
Elle dit que la société a identifié plusieurs candidats prometteurs pour modifier les nanotubes, mais affirme que les détails sont exclusifs. En plus de sélectionner l'un d'entre eux, dit-elle, la société travaille également sur la meilleure façon de fabriquer les membranes de nanotubes de carbone, ce qui inclut de décider quel matériau utiliser pour lier les nanotubes ensemble et servir de matériau de support. Certains ont des avantages dans la fabrication, certains sont mieux structurellement, certains sont plus résistants aux environnements difficiles, dit-elle. Plus nous le faisons, plus nous pensons à de nouvelles choses à essayer.
Bruce Hinds , professeur de chimie à l'Université du Kentucky qui a également démontré la haute perméabilité des membranes de nanotubes, n'est pas convaincu que la capture du carbone soit la meilleure utilisation pour ces membranes, en partie à cause du défi de rendre les membranes de nanotubes de carbone sélectives pour le carbone dioxyde. Il commence par des applications pharmaceutiques, telles que l'utilisation des membranes pour administrer des médicaments ou pour séparer des produits chimiques lors de la fabrication de médicaments. Celles-ci ne nécessitent pas de fabrication à grande échelle, ce qui est bien, car la fabrication à grande échelle des membranes n'a pas encore été démontrée. Les applications médicamenteuses exigent également des prix plus élevés, permettant des matériaux plus coûteux.
Porifera poursuit également d'autres applications potentielles. Il a récemment annoncé financement de la DARPA, le bureau de recherche et développement du département américain de la Défense, pour la production de systèmes de dessalement portables pour les soldats. Les nanotubes de carbone peuvent transporter des fluides 1 000 fois plus vite que les membranes conventionnelles. En plus d'économiser de l'énergie, un transport aussi rapide permet d'utiliser des membranes beaucoup plus petites, mieux adaptées aux appareils portables.