Parmi les solides hybrides poreux, les réseaux métallo-organiques (Metal Organic Frameworks, MOFs), sont l’une des alternatives les plus séduisantes à la technologie d'absorption chimique par un solvant aux amines du CO2 issu des fumées industrielles. Si cette technologie est en effet la plus mature aujourd’hui et la plus utilisée par les industriels souhaitant réduire leurs émissions, elle est également énergivore, polluante et très gourmande en eau.
Autant de défauts que n’ont pas les MOFs, capables d’adsorber le CO2 dans leur structure poreuse, avec un coût énergétique moindre. Reste encore à identifier le matériau le plus performant pour une situation donnée, tant sur le plan de la capture en elle-même que sur celui de l’impact environnemental ou du coût de production, parmi les dizaines de milliers de ces matériaux pouvant être synthétisés.
Trouver le meilleur matériau pour une situation donnée
Un casse-tête donc, aujourd'hui résolu par des chercheurs de l’Université écossaise Heriot-Watt University et de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, en collaboration avec l’Institut des matériaux poreux de Paris, l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich et le laboratoire national américain Lawrence Berkeley.
Quatre couches d'analyse
Ils ont développé une plateforme unique en son genre appelée Prisma et présentée dans une étude parue dans Nature le 17 juillet 2024. Cette plateforme est ainsi capable de sélectionner le meilleur matériau pour un cas donné, défini par la source de CO2, la destination du CO2 une fois capturé, la technologie de capture, les équipements disponibles et la région.
Dans l’étude, les auteurs expliquent que pour la première couche d’analyse de la plateforme, qui concerne le matériau en lui-même. Ils ont notamment utilisé des données expérimentales pour prédire la thermodynamique d’adsorption du matériau pour les composants des gaz des cheminées (CO2, azote et eau) grâce à des simulations moléculaires.
Les données obtenues, combinées à des données sur les procédés et les équipements nourrissent ensuite la deuxième couche d’analyse concernant les procédés, où sont calculés des paramètres tels que la pureté du CO2 capté ainsi que la régénération du matériau, sa productivité et les besoins en énergie du dispositif. La troisième couche concerne l’analyse technico-économique, durant laquelle est mesurée la viabilité technique et économique du procédé. Enfin, dernière étape : l’analyse du cycle de vie pour évaluer les impacts environnementaux du dispositif au cours de la vie de la centrale.
Accélérer le développement des technologies de capture du CO2
Une fois cette approche « holistique » réalisée, lorsque le matériau le plus performant a été identifié, il peut ensuite faire l’objet d’études plus approfondies afin que la technologie puisse atteindre rapidement l’échelle du pilote puis du démonstrateur. Les chercheurs espèrent ainsi que leur plateforme puisse devenir un accélérateur de développement des technologies de capture de carbone.
