À l'intérieur

Les ingénieurs chimistes utilisent des fibres de carbone enduites et éliminent le chauffage à la vapeur dans leur conception plus simple, qui peut également être alimentée par l'énergie éolienne.

Ce qui a commencé comme une simple course pour déposer un chèque dans un service bancaire est devenu le genre de moment « aha » que l’on retrouve principalement dans les livres et les films.

Les chercheurs de Georgia Tech travaillaient sur une idée visant à simplifier les systèmes traditionnels de capture directe de l’air (DAC). Leur approche utilisait le flux du vent ambiant pour aspirer l’air à travers un nouveau type de fibre de carbone recouverte afin de capter le CO2. Cela éliminerait les ventilateurs bruyants utilisés dans de nombreux systèmes. Et les brins de fibre de carbone pourraient être rapidement chauffés pour libérer le dioxyde de carbone capturé avec une perte de chaleur minimale, augmentant ainsi l'efficacité.

Mais ils avaient du mal à trouver la manière de déployer ces nouvelles fibres de carbone recouvertes d'un absorbant pour obtenir un effet maximal.

« J'ai dû aller déposer un chèque à la banque et j'ai passé par le drive-in. Ils avaient les vieux tubes pneumatiques qui servent aux documents de transport », a déclaré Ryan Lively, professeur Thomas C. DeLoach à l'École de génie chimique et biomoléculaire (ChBE) de Georgia Tech. «Il n'y a pas souvent de moments lumineux dans votre carrière, mais j'ai vu les tubes et j'ai réalisé que nous pourrions mettre les fibres dans quelque chose comme une cartouche de tubes de guichet de banque.

"C'est à peu près ce que nous avons fait et cela a fonctionné."

Une fois les modules inspirés des tubes pneumatiques en place, l'équipe a commencé à tester son système. Ils ont découvert qu’ils pouvaient produire du dioxyde de carbone avec une pureté suffisante pour le séquestration souterraine et éliminer bon nombre des coûts initiaux substantiels liés à la construction de systèmes DAC typiques. Ils ont décrit leur conception et leur approche le 12 juin dans la revue Joule.

Les fibres de carbone enduites d'un sorbant dans la cartouche inspirée des tubes bancaires.

"Ce travail a non seulement conceptualisé une nouvelle génération de systèmes DAC, mais a également montré dans une certaine mesure les opérations pratiques de notre invention", a déclaré Won Hee Lee, premier auteur de l'article et ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Lively. « Nous avons déjà réussi à capturer le CO2 ambiant avec notre module à l’échelle du laboratoire. Il est maintenant important de faire évoluer le module. Étant donné que tous les composants de notre système sont disponibles dans le commerce et que la fabrication est relativement simple, il ne devrait y avoir que peu d’obstacles techniques à la fabrication du module à grande échelle.

Au moins en théorie, l’équipe a réalisé cette mise à l’échelle, en utilisant ses données expérimentales pour projeter l’économie d’un système pratique. Ils ont découvert que le système pouvait capturer le CO2 pour 150 à 200 dollars la tonne, soit nettement moins que les systèmes commerciaux en construction dont on estime qu'ils capturent le carbone entre 300 et 600 dollars la tonne.

Les co-auteurs de l'étude comprennent des chercheurs du ChBE qui ont positionné Georgia Tech comme un leader dans la technologie de capture directe de l'air. Les professeurs Christopher Jones et Matthew Realff travaillent avec Lively sur tout le spectre de la DAC, du niveau moléculaire au niveau systémique.

Ce travail présente deux avancées clés.

Les systèmes DAC utilisent la chaleur pour libérer le CO2 des matériaux filtrants saturés. Le CO2 est collecté et peut ensuite être pompé sous terre ou peut-être utilisé pour fabriquer du carburant ou des produits chimiques. Généralement, les systèmes utilisent une source de chauffage externe. La vapeur est un choix populaire, car elle est rapide et puissante, mais elle est également dommageable et nécessite une étape de condensation supplémentaire. Ces systèmes nécessitent également une isolation pour empêcher toute cette chaleur de s'échapper, ils sont donc encombrants et coûteux.

Lively et son équipe ont créé des brins de fibre de carbone uniques recouverts d'un sorbant qui aime le carbone. Le noyau en fibre de carbone chauffe de l'intérieur vers l'extérieur, ce qui permet une répartition rapide et uniforme de la chaleur.

Ryan Lively, Won Hee Lee (sur ordinateur portable), Christopher Jones et Matthew Realff ont développé le système DAC basé sur la fibre.

Un appareil d'imagerie thermique montre la répartition de la chaleur dans les fibres de carbone.

« Les fibres sont très, très uniformes. Lorsque vous branchez tout cela à un système électrique, vous distribuez cette énergie de manière remarquablement homogène, ce qui est inhabituel pour un système de chauffage par résistance », a déclaré Lively. « Nous ne sommes pas les premiers à penser au chauffage par résistance pour régénérer un dispositif de captage du carbone. Mais généralement, le chauffage était lent ou irrégulier. Il y a des endroits où vous chauffez l’air au lieu de ce que vous essayez de chauffer.