Le pipeline technologique – Boulder Weekly

Le pipeline technologique - Boulder Weekly

Oana Luca est une « scientifique folle » auto-identifiée.

“Je garde un cahier avec des idées à côté de mon lit”, explique Luca, professeur adjoint de chimie à CU Boulder.

Il y a un peu plus d’un an, lorsque Luca enseignait la chimie organique à des étudiants de premier cycle, elle pensait beaucoup aux molécules qui se lient au dioxyde de carbone (CO2).

«Je me suis réveillée une nuit et j’ai eu cette idée», dit-elle, de générer électrochimiquement un matériau moléculaire qui pourrait se lier au CO2, puis de quantifier à quel point ces matériaux se lient.

Après un an d’expériences et de calculs, l’idée de Luca est devenue une étude publiée dans la revue scientifique La science en mars 2022.

Un liant est une molécule qui s’attache à une autre, en l’occurrence le CO2. Dans cette étude, Luca et un groupe d’étudiants chercheurs ont utilisé des carbènes à base d’imidazolium (une molécule spécifique) pour se lier et piéger le CO2 à l’aide d’électricité.

“Ce que nous avons découvert, c’est que nous pouvons diagnostiquer la résistance d’un liant en utilisant de simples expériences électrochimiques”, explique Luca.

Trouver le bon équilibre de la force de liaison du CO2 peut être un défi, mais il est important pour affiner un liant pour des conditions de capture de CO2 spécifiques. La plupart des technologies de capture du CO2 utilisent des liants puissants pour capturer autant de CO2 que possible, généralement à des sources ponctuelles d’installations industrielles telles que des usines de charbon, de gaz naturel ou d’éthanol. Ces liants nécessitent également une grande quantité d’énergie pour se détacher du CO2 après capture. Les liants faibles facilitent la désorption après capture, mais peuvent se lier moins efficacement aux molécules de CO2.

Cette étude était une preuve de concept que la force de liaison de tout liant de CO2 généré électrochimiquement peut être quantifiée. C’est la première étape vers l’amélioration des technologies de capture du carbone qui pourraient aider à gérer les niveaux de CO2 dans l’atmosphère.

“Donc, c’est la première pause, je suppose”, déclare Aziz Alherz, étudiant diplômé en génie chimique et co-auteur de l’étude. “Tellement d’autres projets de capture de carbone à venir.”

Luca s’intéresse à l’étude du potentiel des liants plus faibles pour la capture directe de l’air.

“Essayer de comprendre comment le faire à partir d’air qui n’a pas été concentré ou traité de quelque manière que ce soit avec des rendements assez bons et une consommation d’énergie minimale, c’est en quelque sorte l’objectif ultime”, dit-elle.

Josh Schaidle travaille au National Renewable Energy Lab (NREL) depuis 10 ans et dirige son programme de gestion du carbone. Il explique à quel point il est essentiel que nous agissions rapidement pour développer des technologies de gestion du carbone et devenir négatifs en carbone.

« La gestion du carbone est un énorme problème mondial. Et c’est aussi quelque chose sur lequel nous devons agir très rapidement », dit-il.

Les niveaux de CO2 dans l’atmosphère oscillent autour de 420 parties par million (ppm) dans le monde, les plus élevés jamais enregistrés. Les scientifiques prédisent que les États-Unis pourraient devoir éliminer deux gigatonnes de CO2 par an d’ici 2050 pour atteindre des émissions nettes de carbone nulles. En novembre 2021, 19 usines de captage direct de l’air capturaient 0,01 million de tonnes de CO2 par an à l’échelle mondiale.

De toute évidence, il y a beaucoup de travail à faire dans cet espace.

Selon l’Environmental Protection Agency, il existe 27 centrales électriques déclarantes et 37 systèmes de pétrole et de gaz naturel déclarants qui représentent 85% des émissions de CO2 des grandes installations du Colorado. Au total, ces 64 usines émettent 34,1 millions de tonnes de CO2 par an.

Certaines de ces centrales pourraient convenir à de futurs projets de captage de carbone. Quelques-uns au Colorado explorent déjà la technologie de capture du CO2 aujourd’hui : la centrale électrique Coyote Clean, la cimenterie Lafarge-Holcim, Sterling Ethanol et Yuma Ethanol.

Bien que prometteurs, ces projets sont encore en développement. Il n’existe pas encore d’usines de capture directe de l’air.

Le groupe de travail de l’État du Colorado sur l’utilisation et la séquestration du carbone (CCUS) a été organisé pour mieux comprendre les opportunités et les défis des technologies de gestion du carbone qui pourraient aider l’État à atteindre ses objectifs de réduction des gaz à effet de serre. Le groupe a publié un ensemble de recommandations pour aller de l’avant en février 2022 et a reconnu les balbutiements de la technologie de capture directe de l’air.

Michael Turner travaille pour le Colorado Energy Office et a dirigé le groupe de travail CCUS. Bien qu’il admette qu’il y a beaucoup de travail à faire pour soutenir le développement de futurs projets et recherches, Turner a déclaré que la capture du carbone pourrait encore aider l’État à atteindre ses objectifs.

« Je suis optimiste que cela pourrait jouer un rôle important. Et je pense que nous sommes à un moment où nous allons vouloir tous les outils à notre disposition », déclare Turner.

Même avec la meilleure technologie, certains secteurs seront difficiles à décarboner. Dans ces domaines, la capture du carbone pourrait apporter une solution.

Schaidle dit qu’une chose qu’il trouve intéressante dans l’étude de Luca est son potentiel d’utilisation de sources d’énergie renouvelables par le biais de l’électrochimie pour activer et régénérer un liant. Cela permettrait au processus de fonctionner indépendamment des combustibles fossiles et de rendre le processus plus durable dans l’ensemble.

Alors que la vue d’ensemble aide à fournir un contexte pour le travail de Luca, elle se concentre sur le développement d’outils qui pourraient aider quelqu’un comme Schaidle à faire passer ses découvertes à l’étape suivante.

« Nous sommes des scientifiques fondamentaux. Nous ne fabriquons pas d’appareils. Nous ne sauvons pas vraiment complètement le monde. Mais je pense juste faire ta part [is important] dans ce genre de contexte global de tout ce qui se passe dans le monde », explique Luca.

La science avance par très petits incréments. Il s’agit de repousser les limites petit à petit jusqu’à ce qu’un jour vous atteigniez une percée. Schaidle dit qu’il doit y avoir un effort simultané pour continuer un « pipeline d’innovation » et déployer les technologies existantes.

“Nous avons besoin d’un maximum d’idées dans ce pipeline de concepts et de technologies”, déclare Schaidle. “Certains d’entre eux vont se développer et auront des opportunités de se développer et de s’intégrer. D’autres ne seront que de la science fondamentale. Mais ça [study] est un exemple de partie à un stade précoce de ce pipeline technologique. »

Luca et Alherz ont déjà soumis une étude de suivi pour publication.

« C’est difficile de ne pas s’exciter et c’est difficile de s’en détacher », dit Luca, « parce que c’est notre vie. C’est ce que nous faisons.

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