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Des scientifiques découvrent une molécule unique en son genre qui absorbe les gaz à effet de serre

Simulation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère par la NASA. (NASA/GSFC/WikiMedia Commons)

Une « cage de cages », c’est ainsi que les scientifiques ont décrit un nouveau type de matériau poreux, unique dans sa structure moléculaire, qui pourrait être utilisé pour piéger le dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre plus puissants.

Synthétisé en laboratoire par des chercheurs du Royaume-Uni et de Chine, le matériau est fabriqué en deux étapes, les réactions assemblant des blocs de construction prismatiques triangulaires en cages tétraédriques plus grandes et plus symétriques – produisant la première structure moléculaire de ce type, selon l’équipe.

Le matériau obtenu, avec son abondance de molécules polaires, attire et retient les gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) avec une forte affinité. Il présente également une excellente stabilité dans l’eau, ce qui serait essentiel pour son utilisation dans la capture du carbone en milieu industriel, à partir de flux de gaz humides ou mouillés.

« Il s’agit d’une découverte fascinante “, déclare Marc Little, spécialiste des matériaux à l’université Heriot-Watt d’Édimbourg et auteur principal de l’étude, ” car nous avons besoin de nouveaux matériaux poreux pour relever les plus grands défis de la société, tels que la capture et le stockage des gaz à effet de serre ».

Bien qu’elles n’aient pas été testées à grande échelle, des expériences en laboratoire ont montré que le nouveau matériau en forme de cage absorbait également beaucoup d’hexafluorure de soufre (SF6) qui, selon le groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, est le gaz à effet de serre le plus puissant.

Alors que le CO2 reste dans l’atmosphère pendant 5 à 200 ans, le SF6 peut rester dans l’atmosphère pendant 800 à 3 200 ans. Ainsi, bien que les niveaux de SF6 dans l’atmosphère soient beaucoup plus faibles, sa durée de vie extrêmement longue lui confère un potentiel de réchauffement global d’environ 23 500 fois supérieur à celui du CO2 sur une période de 100 ans.

Pour freiner le changement climatique, il est urgent d’éliminer de grandes quantités de SF6 et de CO2 de l’atmosphère ou de les empêcher d’y pénétrer.

Les chercheurs estiment qu’il faudrait extraire environ 20 milliards de tonnes de CO2 chaque année pour annuler nos émissions de carbone, qui ne font qu’augmenter.

Jusqu’à présent, les stratégies d’élimination du carbone permettent de supprimer environ 2 milliards de tonnes par an, mais il s’agit essentiellement des arbres et des sols. Seul 0,1 % de l’élimination du carbone, soit environ 2,3 millions de tonnes par an, est dû à de nouvelles technologies telles que la capture directe de l’air, qui utilise des matériaux poreux pour absorber le CO2 de l’air.

Les chercheurs s’emploient à concevoir de nouveaux matériaux pour améliorer le captage direct de l’air afin de le rendre plus efficace et moins gourmand en énergie, et ce nouveau matériau pourrait être une autre option. Mais pour éviter les pires conséquences du changement climatique, nous devons réduire les émissions de gaz à effet de serre plus rapidement que ne le permettent actuellement ces technologies naissantes.

Quoi qu’il en soit, nous devons faire tout ce qui est en notre pouvoir pour résoudre ce problème mondial. La création d’un matériau d’une telle complexité structurelle n’a pas été facile, même si les molécules précurseurs s’assemblent techniquement d’elles-mêmes.

Cette stratégie est appelée auto-assemblage supramoléculaire. Elle permet de produire des structures chimiquement imbriquées à partir de blocs de construction plus simples, mais elle nécessite une certaine mise au point car « les meilleures conditions de réaction ne sont souvent pas intuitivement évidentes », expliquent Little et ses collègues dans l’article qu’ils ont publié.

Plus la molécule finale est complexe, plus elle est difficile à synthétiser et plus le brouillage moléculaire peut se produire dans ces réactions.

Pour comprendre ces interactions moléculaires autrement invisibles, les chercheurs ont utilisé des simulations pour prédire comment leurs molécules de départ s’assembleraient pour former ce nouveau type de matériau poreux. Ils ont pris en compte la géométrie des molécules précurseurs potentielles, ainsi que la stabilité chimique et la rigidité du produit final.

Outre son potentiel d’absorption des gaz à effet de serre, les chercheurs suggèrent que leur nouveau matériau pourrait également être utilisé pour éliminer d’autres émanations toxiques de l’air, telles que les composés organiques volatils, qui se transforment facilement en vapeurs ou en gaz à partir de surfaces telles que l’intérieur des voitures neuves.

« Nous considérons cette étude comme une étape importante vers l’exploitation de ces applications à l’avenir », déclare M. Little.

L’étude a été publiée dans Nature Synthesis.

Simulation du dioxyde de carbone dans l’atmosphère par la NASA. (NASA/GSFC/WikiMedia Commons)

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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