Vers une capture du CO2 plus efficace

Les épurateurs par voie humide sont actuellement l'option privilégiée pour capter le CO2 émanant des flux d'échappement industriels: ils pompent l'air pollué, le mettent en contact avec un liquide d'épurement qui attire les molécules de dioxyde de carbone, et enfin rejettent l'air assaini. Mais, face au changement climatique, des solutions plus efficaces sont en permanence nécessaires, et les liquides ioniques moléculaires représentent sans aucun doute un candidat prometteur.

Depuis 2014, le Dr. Sonia Zulfiqar de l'université du Pays basque en Espagne se concentre sur une sorte spécifique de liquide ionique moléculaire, avec le soutien de l'UE dans le cadre du projet NABPIL (Novel Amide Based Polymeric ionic Liquids: Potential Candidates for CO2 capture). Les «liquides ioniques polymériques» ne sont pas uniquement un nouveau membre potentiel de la famille des absorbeurs de CO2, ils surpassent considérablement l'efficacité en matière de sorption des liquides ioniques moléculaires déjà très performants.

Quel est le problème principal avec les installations actuelles de capture du CO2?

Bien que des technologies existent déjà pour capturer le CO2, notamment pour l'absorption de solvant chimique, l'adsorption chimique, le fractionnement cryogénique, la séparation des membranes, la fixation biologique ainsi que le processus de combustion O2/CO2, les installations de capture commerciales actuelles se fondent sur le processus d'épuration par voie humide. Ce processus utilise des solutions d'alkanolamine aqueuses, qui entraînent souvent des problèmes dus à la corrosion, à la dégradation d'amines, et aux pertes de solvants. C'est pourquoi de nouveaux matériaux sont nécessaires afin de séparer efficacement le CO2.

Dans ce cadre, quels sont les objectifs principaux de NABPIL?

Le but principal du projet consiste à concevoir, produire, caractériser et tester une nouvelle classe d'amides fondés sur les liquides ioniques polymériques qui devraient permettre de capturer le dioxyde de carbone issu de la précombustion de gaz naturel et de la combustion des effluents gazeux. Ces nouveaux matériaux peuvent offrir une capture du CO2 bon marché et de grande capacité.

Avec ce projet, nous avons voulu faire progresser la recherche liée à la capture et à la transformation du CO2. Notre approche contribuera à la création d'une économie du CO2 en introduisant des moyens efficaces de le capturer avant de le convertir en produits commerciaux. Ces objectifs impliquent de créer des passerelles entre la chimie et les sciences environnementales et des matériaux.

Pourquoi avez-vous décidé de vous pencher sur les liquides ioniques plutôt que sur d'autres matériaux? Quels sont leurs avantages?

Les matériaux habituellement réputés pour leurs processus de séparation du CO2 sont la silice, les carbones activés, les zéolites, et les structures organométalliques. Ils ont déjà été utilisés avec grand succès, mais de nombreux problèmes doivent encore être résolus.

Nous pensons que la solution à ces problèmes provient des liquides ioniques, appelés couramment «solvants verts». Il s'agit de matériaux très polyvalents qui ont été étudiés pour leurs propriétés physicochimiques extraordinaires et applications spécifiques pour la capture et la séparation du CO2. Contrairement aux solvants organiques courants, ils présentent une pression de vapeur négligeable, une stabilité thermique et une chimie adaptable.

La fonctionnalisation des polymères présentant les groupes chimiques de liquides ioniques a conduit au développement d'une nouvelle classe de poly-électrolytes (les liquides ioniques polymériques) qui ont été utilisés dans les électrolytes polymériques pour les piles, les biocapteurs, la capture de CO2 et les membranes de séparation, les matériaux intelligents, le traitement de la cellulose et dans des applications d'administration de gènes, entre autres.

L'utilisation de liquides ioniques polymériques pour la capture et la séparation de gaz à partir des canaux de déchets (stockage ou transport) représente actuellement le domaine le plus actif et difficile de la recherche sur les liquides ioniques polymériques. Leur non-volatilité, assimilation élevée et sorption réversible de CO2 en font de bons candidats pour des applications environnementales. Les liquides ioniques polymériques comportant des groupes aminés et des versions de (liquides) poly(ioniques) nanoporeux, ont été spécifiquement conçus pour mieux capturer le CO2. Plus récemment, leur perméabilité et sélectivité à d'autres gaz dont le CO2, N2, CH4 et H2 ont même été démontrées.

Quelles étaient les principales difficultés auxquelles vous avez été confronté et comment les avez-vous résolues?

Le modèle proposé consistait à préparer d'abord les polymères à base d'amines, puis à créer une réaction de quaternisation pour produire des liquides ioniques polymériques. Cette approche ne nous a pas permis d'atteindre un taux de conversion élevé en polymères ioniques et le rendement était plutôt faible.

Pour surmonter ce problème, nous avons essayé une autre stratégie consistant dans un premier temps à synthétiser les monomères ioniques pour les convertir ensuite en polymères ioniques. Cela a conduit à un taux de conversion élevé et à un meilleur rendement.

Le projet est arrivé à son terme. Avez-vous envisagé un suivi?

Au cours du projet NABPIL, nous avons publié le premier article de synthèse soulignant l'effet des différents paramètres sur les performances d'assimilation du CO2 des liquides ioniques polymériques. Forts de cela, nous aimerions désormais incorporer une variété de cations et anions hydrophiles de CO2 dans les polymères ioniques et étudier leur effet afin d'obtenir des performances supérieures au niveau de la sorption de CO2.

Avez-vous déjà exploré le potentiel commercial de vos matériaux? Si oui, qu'avez-vous découvert?

Le potentiel commercial de ces nouveaux matériaux n'a pas encore été exploré. Bien que les capacités de sorption du CO2 de ces liquides ioniques polymériques à base d'amine soient supérieures à de nombreux autres liquides ioniques polymériques, elles restent inférieures aux alternatives commerciales, non-ioniques.

Nous poursuivons nos efforts visant à améliorer les performances d'assimilation du CO2 et, une fois que nous serons satisfaits du résultat, nous explorerons définitivement le potentiel commercial de ces nouveaux liquides ioniques polymériques.

NABPIL
Financé par FP7-PEOPLE
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