La capture du CO2 de l’air par un nouveau matériau organique

Pour espérer atteindre les objectifs de limitation du réchauffement climatique à 1,5°C, il faudra être capables de capter le dioxyde de carbone (CO₂) de l’air extérieur. Pour le moment, les technologies de capture du CO₂ sont uniquement efficaces sur des sources de carbone concentrées, comme les gaz d’échappement des centrales. Les concentrations dans l’air ambiant sont, quant à elles, des centaines de fois moindres.

Quel nouveau matériau durable pourrait permettre de répondre à un tel défi technique ? Selon les chimistes de l’université de Californie à Berkeley (États-Unis), la réponse se nomme COF-999. Dans un article paru le 23 octobre 2024 dans le journal Nature, le premier auteur et doctorant Zihui Zhou ainsi que ses collègues présentent ce matériau organique prometteur…

COF-999 : le renouveau de la capture du CO₂ atmosphérique

À l’origine de cette découverte, on trouve l’un des coauteurs du papier scientifique, le professeur de chimie à l’université de Californie à Berkeley Omar Yaghi. Il est connu pour être l’inventeur des COFs (covalent organic frameworks, ou « structures organiques covalentes ») et des MOFs (metal-organic frameworks, ou « structures organométalliques »), des structures cristallines dont les pores régulièrement espacés permettent l’adsorption (fixation de molécules sur un substrat) de gaz. Il y a deux ans de cela, le laboratoire d’Omar Yaghi met au point le MOF-808, un matériau comportant des amines adsorbant efficacement le CO₂. Malheureusement, après plusieurs centaines de cycles d’adsorption-désorption, le matériau finit par casser. La faute incomberait à l’instabilité du MOF-808 en milieu basique. Problème : les amines le composant et lui permettant de capter le CO₂ sont des bases…

C’est ainsi que Zihui Zhou et son équipe de recherche ont pris le relais en tentant de trouver un matériau plus résistant. Ils ont ainsi synthétisé un COF abritant en ses pores des polyamines : le COF-999. Sa capacité de capture de CO₂ dans l’air (ici 400 ppm, contre 426 dans l’atmosphère actuelle) atteint 0,96 mmol/g dans des conditions sèches, et 2,05 mmol/g avec 50 % d’humidité. Dans cette dernière configuration, pour une salle à température ambiante (25°C), le matériau a atteint sa capacité moyenne en seulement 18 minutes, et s’est rempli en près de 2 heures. Avec juste 200 g de COF-999, il serait possible de capter jusqu’à 20 kg de CO₂ par an, soit autant qu’un arbre ! Pour s’assurer de sa solidité, plus d’une centaine de cycles d’adsorption-désorption ont eu lieu à l’air libre à Berkeley, sans qu’aucune perte de performances ne soit à déplorer. Le COF-999 pourrait d’ores et déjà être employé dans un système de capture, notamment pour les émissions de raffineries ou les zones de stockage souterraines.