Et si l’on pouvait utiliser le graphène pour récupérer le CO2 contenu dans les fumées industrielles ? Une idée qui est devenue réalité grâce à la start-up suisse Divea, spin-off de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, et officiellement lancée il y a trois semaines, qui en a fait le cœur de sa technologie. Cette dernière, issue de huit ans de recherches, et 6 fois brevetée, repose sur une membrane en graphène nanostructurée d’un atome d’épaisseur.
Une membrane nanostructurée
Plus précisément, la membrane est constituée de micropores de la taille des molécules de CO2. Pour réaliser ces micropores, « on expose le graphène à de l’ozone (O3) qui est disposé en petits groupes d’atomes d’oxygène à la surface - une configuration que nous obtenons en agissant sur différents paramètres que sont le temps ou encore la température », explique Karl Khalil, co-fondateur et PDG de la start-up. En apportant de l’énergie, ces atomes d’oxygène s’attachent aux atomes de carbone de la surface du graphène et s’évaporent sous forme de CO2, laissant donc un trou de la taille de la molécule évaporée. Ce procédé unique a été mis au point par le Laboratoire de séparation avancée (LAS) de l'EPFL, sous la direction de Kumar Agrawal. .
L'étape délicate du transfert
Une fois cette structuration réalisée, l’équipe a réalisé une autre prouesse : enlever la fine couche de cuivre sur laquelle le graphène est initialement synthétisé. « C’est sous cette forme qu’il s’achète, sauf que le cuivre ne peut pas laisser passer le gaz, précise le PDG. Nous devons donc transférer la couche de graphène du cuivre vers un autre support mécanique, poreux ». Selon lui, « toute la difficulté de ce transfert est qu’il doit être réalisé sans créer de fissure dans la membrane qui soit plus grande que nos trous ». Ils sont pour le moment les seuls au monde à être capables de réaliser cette opération sans fissurer le produit.
Récupérer le CO2
Les membranes ainsi obtenues sont ensuite intégrées dans un container situé au niveau des cheminées d’évacuation des fumées de l’usine. « Nos membranes sont installées dans un module mécanique lui-même connecté à des pompes et à des échangeurs de chaleur », détaille Karl Khalil. A l'intérieur, les gaz passent sur la membrane. Il y a alors deux façons de séparer le CO2 du reste des gaz : « soit on applique un gradient de pression qui force le CO2 à passer à travers, soit la partie recevant le CO2 de l'autre côté de la membrane est placée sous vide, ce qui crée une aspiration. Mais seul le CO2 peut être aspiré. Nous pouvons aussi faire un mix des deux solutions », indique le PDG, ajoutant que cette mise sous vide et cette pression constituent la principale consommation d'énergie du procédé. Le gaz carbonique ainsi récupéré peut être alors stocké ou réutilisé dans d’autres applications.
Un premier démonstrateur en route
C’est ce qui est aujourd’hui testé dans le premier démonstrateur industriel construit par Divea. « Notre membrane, déjà testée et validée en laboratoire, va pouvoir être éprouvée dans un vrai flux industriel », souligne Karl Khalil. En attendant, l’équipe est déjà sur le coup d’après : une levée de fonds pour la fin de l’année et une première chaîne pilote de production pour la fin 2025.
