Des chercheurs de l'Empa veulent purifier l'atmosphère à l'aide d'un « tapis roulant » à CO₂

À ce jour, l'élimination directe du CO₂ de l'atmosphère est un processus complexe, gourmand en énergie et coûteux. C'est pourquoi des chercheurs de l'Empa travaillent sur des revêtements extrêmement fins, destinés à absorber le CO2 en quelques secondes, puis à le rejeter.

Filtrer le CO₂ directement de l’air est considéré comme un élément clé sur la voie vers la neutralité carbone. Les techniques dites de « capture directe de l’air » (Direct Air Capture) utilisent pour cela des ventilateurs qui soufflent de grands volumes d’air à travers des matériaux filtrants poreux. Le dioxyde de carbone reste alors piégé dans l’absorbeur. Celui-ci est ensuite séparé et chauffé – souvent sous vide et à l’aide de vapeur d’eau – afin que le CO₂ puisse être libéré et « récupéré ». Ce procédé fonctionne, mais il est complexe, énergivore et coûteux : la concentration de CO₂ dans l’air n’est que d’environ 430 ppm, une valeur certes bien trop élevée pour le climat, mais très faible pour le captage. Il faut donc faire circuler d’énormes volumes d’air pour récupérer des quantités significatives de ce gaz à effet de serre.

La nouvelle approche de l’Empa ne mise donc pas sur une capacité de stockage aussi élevée que possible par cycle, mais sur la vitesse. « Nous captons moins de CO₂ par passage et compensons cela par des cycles plus rapides », explique Sandra Galmarini, chercheuse à l’Empa. Au lieu de plusieurs minutes, un cycle devrait durer moins d’une seconde.

Cela devrait être rendu possible grâce à des revêtements ultra-minces composés de matériaux contenant des amines. Contrairement aux matériaux filtrants classiques, ceux-ci n’absorbent pas le CO₂ en profondeur, mais le fixent directement à leur surface. « Si l’on réduit le matériau adsorbant à une surface ou à un très faible volume, il fixe certes moins de CO₂ par cycle, mais le processus peut être considérablement accéléré grâce à la faible masse thermique », souligne Dirk Hegemann, chercheur à l’Empa. L’avantage : lors de la libération du CO₂, la quantité de matériau à chauffer est nettement inférieure à celle requise par les absorbeurs classiques. Cela réduit la consommation d’énergie par molécule de CO₂ captée. Parallèlement, ce sont précisément ces fines couches, qui peuvent être rapidement chauffées puis refroidies, qui permettent les alternances rapides entre absorption et libération.

Selon les chercheurs de l’Empa, cette nouvelle approche peut être illustrée par l’analogie d’un tapis roulant : une surface recouverte d’un mince revêtement se déplace – par exemple sur des cylindres rotatifs – en continu à travers deux zones distinctes. D’un côté, l’air ambiant s’écoule et le CO₂ se dépose à la surface. De l’autre côté, le revêtement est chauffé et soumis à une pression réduite, de sorte que le CO₂ puisse être libéré et le matériau réenrichi. La surface est alors prête pour le cycle suivant. L’un des avantages réside dans le fait que l’adsorption et la désorption (libération du carbone capté), bien que séparées dans un espace, sont reliées de manière continue par le matériau en mouvement. Pour absorber le CO₂, il faut de grands volumes d’air et suffisamment d’espace pour que l’air puisse circuler autour du matériau. Pour la libération, en revanche, un volume de gaz aussi faible que possible est préférable, car cela nécessite moins d’énergie pour le vide et le chauffage.

Outre la rapidité, les chercheurs de l’Empa voient d’autres avantages. Les surfaces recouvertes d’un revêtement mince nécessitent moins de matériau et sont plus faciles à remplacer que les matériaux adsorbants hautement spécialisés utilisés aujourd’hui. De plus, le mouvement rotatif du matériau revêtu pourrait lui-même contribuer à transporter l’air et ainsi réduire la consommation d’énergie des ventilateurs. Selon M. Hegemann, cette approche est également conçue comme un système modulaire : « Au lieu de construire des installations toujours plus grandes et techniquement plus complexes, on pourrait combiner de nombreuses unités plus petites. » Lequel ajoute : « Les technologies actuelles sont surtout pertinentes dans les grandes installations. Avec notre approche, nous aurions également la possibilité d’exploiter des installations plus petites et donc plus flexibles. » Bien que de nombreuses questions restent en suspens, les chercheurs y voient un grand potentiel. L’objectif final n’est pas seulement le captage du CO₂, mais une chaîne de processus globale permettant de transformer le carbone capturé en matériaux et produits chimiques réutilisables.