English version
Flux RSS
Accueil
Accueil > Publications > Info Science > Fil d'Info Science > Avancées dans l'identification d'un matériau optimal pour le captage du CO2

Fil d'Info Science

Avancées dans l'identification d'un matériau optimal pour le captage du CO2

Avril 2015

Le développement de meilleurs matériaux adsorbants pour le captage de CO2 est une des voies privilégiées pour réussir à contrecarrer les émissions anthropogènes de CO2. Depuis quelques années, cet enjeu a en effet stimulé une activité de recherche très conséquente en science des matériaux. Ainsi, chaque année, des centaines de nouveaux solides potentiellement intéressants pour le captage de CO2 sont proposés. Toutefois, cette recherche tous azimuts de nouveaux solides adsorbants pourrait être plus efficace en sachant quoi chercher, c'est-à-dire en partant des caractéristiques du solide optimal. Dans le cadre de travaux de thèse, les équipes d’IFPEN, en collaboration avec CPE Lyon, se sont attachées à dresser un "portrait-robot" de ce solide optimal.

Pour expliquer la démarche suivie, précisons que dans la très grande majorité des cas, les émissions concentrées de CO2 sont constituées de mélanges et regardons comment un procédé de captage de CO2 par adsorption fonctionne :

  • dans un premier temps, l’adsorption : le mélange de gaz contenant du CO2 (gaz de combustion, biogaz, gaz naturel, etc.) est mis en contact avec l’adsorbant à haute pression. Le CO2 se fixe sur le solide grâce à des forces de Van der Waals et/ou des forces électrostatiques. Il est alors primordial que l’interaction du CO2 avec le solide soit plus forte que celle des autres constituants du mélange de gaz, de manière à obtenir une séparation sélective.
  • dans un second temps, la désorption, la pression dans ce système est abaissée ce qui permet de relâcher le CO2 et de le récupérer en vue d’une valorisation chimique ou d’un stockage souterrain.

La répétition de ce cycle alternant l’adsorption à haute pression et la désorption à basse pression, a conduit à dénommer ce procédé "Pressure Swing Adsorption" (PSA).

Le développement d’un matériau idéal pour le procédé PSA nécessite de jouer sur les rapports de forces d’interaction entre le solide, le CO2 et les autres composés présents dans le mélange de gaz. Les forces d’interaction entre le CO2 et le solide doivent être suffisamment fortes pour adsorber en quantité le CO2 (et le faire sélectivement vis-à-vis des autres composants dans le mélange de gaz), mais pas trop fortes non plus afin de faciliter la récupération du CO2 lors de l’étape de désorption. Un premier défi scientifique a été de définir la valeur de cette force optimale [1].

Mais une fois fait ce premier pas très important, on ne sait toujours pas à quoi ressemble le solide qui présenterait cette force d’interaction optimale. Les chercheurs de CPE Lyon et d’IFPEN ont alors développé des modèles de thermodynamique statistique leur permettant de relier les forces mis en jeu (liaisons électrostatiques et de Van der Waals) à des descripteurs simples du solide adsorbant : sa taille de pores, la forme de ces pores [2], sa composition chimique de surface, la distribution des charges électrostatiques dans l’espace. Via ces modèles on peut alors définir la gamme de tailles de pores optimale [3] et la distribution de charges associée [4].

Les conclusions extraites du modèle ont permis d’orienter et de limiter le choix de solides étudiés expérimentalement et ont ainsi conduit à l’identification rapide de deux zéolithes qui surpassaient la performance des adsorbants classiques dans le captage du CO2 à moyenne pression [1].

                                                    Principes et démarche
             mis en jeu dans le modèle de détermination d’un adsorbant optimal

Bibliographie :

[1] García, Edder J.; Pérez-Pellitero, Javier; Pirngruber, Gerhard D.; Jallut, Christian; Palomino, Miguel; Rey, Fernando; Valencia, Susana (2014) Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 53, n° 23, p. 9860–9874.
>> DOI: 10.1021/ie500207s

[2] García, Edder J.; Pérez-Pellitero, Javier; Jallut, Christian; Pirngruber, Gerhard D. (2013) Physical chemistry chemical physics : PCCP, vol. 15, n° 15, p. 5648–5657.
>> DOI: 10.1039/c3cp44375b

[3] García, Edder J.; Pérez-Pellitero, Javier; Jallut, Christian; Pirngruber, Gerhard D. (2013) Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids, vol. 29, n° 30, p. 9398–9409.
>> DOI: 10.1021/la401178u

[4] García, Edder J.; Pérez-Pellitero, Javier; Jallut, Christian; Pirngruber, Gerhard D. (2014) The Journal of Physical Chemistry C, vol. 118, n° 18, p. 9458–9467.
>> DOI: 10.1021/jp500209v

Contact scientifique : gerhard.pirngruber@ifpen.fr


 

L'espace Découverte vous propose des clés pour comprendre les enjeux énergétiques du 21ème siècle liés à un développement durable de notre planète.

Liste de liens

  • Imprimer la page