Amélioration de la capture du CO2 en postcombustion par du charbon actif modifié par des acides aminés

Assainir l’air après la combustion du combustible

Le dioxyde de carbone provenant des centrales électriques est un moteur majeur du réchauffement climatique, et pourtant la majorité de notre électricité provient encore de la combustion de combustibles fossiles. Une façon pratique de réduire ces émissions est de piéger le CO2 dans les gaz d’échappement chauds avant qu’ils ne s’échappent dans l’atmosphère. Cette étude explore comment rendre un matériau courant et relativement peu coûteux — le charbon actif — plus efficace pour capter le CO2 en enrobant doucement sa surface avec de simples briques de construction des protéines appelées acides aminés.

Transformer un charbon courant en une éponge améliorée

Le charbon actif est déjà utilisé dans les filtres à eau et les purificateurs d’air parce qu’il est rempli de pores microscopiques qui agissent comme une éponge pour les molécules. Pour la capture en post‑combustion dans les centrales, un matériau idéal doit retenir beaucoup de CO2 même lorsque sa concentration est faible et à des températures élevées, tout en restant stable et facile à régénérer. Les chercheurs ont commencé avec des charbons actifs commerciaux et ont comparé leur capacité naturelle à adsorber le CO2 — « adsorber » signifiant ici que les molécules adhèrent à la surface plutôt que de réagir chimiquement. Ils ont confirmé qu’à température ambiante le matériau peut retenir plusieurs millimoles de CO2 par gramme, mais cette capacité chute fortement à mesure que le gaz se réchauffe, signature typique d’une adhésion physique plutôt que d’une liaison chimique forte.

Ajouter des accroches douces pour le dioxyde de carbone

Pour améliorer les performances, l’équipe a modifié la surface du charbon à l’aide de trois acides aminés : glycine, sérine et lysine. Ce sont de petites molécules organiques riches en azote, un type d’atome connu pour interagir plus fortement avec le CO2. Le charbon actif a été trempé dans des solutions contenant chaque acide aminé, parfois en présence de sels alcalins simples, puis rincé et séché. Lors des essais, les échantillons traités avec de la glycine et de la sérine ont généralement capté plus de CO2 que le matériau d’origine, tandis que la lysine a souvent détérioré les performances, en particulier lorsqu’elle était combinée avec des sels ajoutés. La glycine s’est démarquée : malgré sa taille la plus petite des trois, elle a augmenté la capture de CO2 jusqu’à environ 25 % sans sacrifier la capacité du matériau à adsorber l’azote, un gaz de fond important dans les flux de fumées.

Trouver la combinaison optimale de conditions de traitement

Parce qu’un surdosage de modificateurs peut obstruer les pores du charbon, les chercheurs ont varié avec précaution la température de traitement, la durée et la concentration en glycine, et ont analysé les résultats à l’aide d’une approche de planification statistique. Ils ont constaté qu’une recette intermédiaire — température modérée, quelques heures de traitement et un niveau moyen de glycine — donnait la meilleure capture de CO2. La microscopie et les mesures d’adsorption de gaz ont montré que le charbon modifié conservait presque la même surface spécifique et la même distribution de taille de pores que l’original, indiquant que la glycine décorait principalement les parois internes plutôt que de bloquer les passages. Des analyses infrarouges et aux rayons X ont confirmé l’apparition de nouveaux groupes porteurs d’azote et d’oxygène à la surface, tandis que l’ossature carbonée sous-jacente restait en grande partie inchangée.

Comportement du matériau amélioré

En mesurant la façon dont le CO2 et l’azote adsorbent sur le matériau à plusieurs températures, l’équipe a estimé la chaleur libérée lors de l’adsorption de chaque gaz. Ces valeurs se situaient dans la plage typique des interactions physiques, non des réactions chimiques permanentes, mais étaient sensiblement plus élevées pour le charbon traité à la glycine que pour l’échantillon brut. Cela signifie que le CO2 est retenu plus fermement, ce qui explique la capacité accrue, tout en restant possible de relâcher le gaz par un léger chauffage ou par des variations de pression. Le charbon modifié a également montré une bonne stabilité thermique jusqu’à des températures bien supérieures à celles généralement rencontrées dans les systèmes de capture post‑combustion, suggérant qu’il pourrait résister à de nombreux cycles de capture et de libération.

Quelles implications pour les émissions des centrales

En termes simples, ce travail montre que décorer légèrement du charbon actif avec un acide aminé simple peut transformer un matériau filtrant standard en un « aimant » plus sélectif et plus efficace pour le CO2. La glycine offre le meilleur compromis : sa petite taille lui permet de tapisser les parois des pores avec des points d’accroche supplémentaires sans les obstruer, de sorte que davantage de molécules de CO2 peuvent être capturées et relâchées de manière répétée. Bien que le matériau fonctionne encore mieux à des températures plus basses, des stratégies intelligentes d’échange thermique dans les installations réelles pourraient aider à refroidir suffisamment les gaz d’échappement pour tirer parti de cette éponge améliorée. Ensemble, ces résultats pointent vers des sorbants peu coûteux et ajustables qui pourraient être adaptés aux installations existantes pour aider à réduire les émissions de gaz à effet de serre sans réformer l’ensemble du système énergétique.

Citation: Houshmand, D., Rashidi, F., Amjad-Iranagh, S. et al. Enhancement of CO₂ capture in post combustion process using actived carbon modified by amino acids. Sci Rep 16, 10569 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44400-z

Mots-clés: capture du carbone, charbon actif, acides aminés, post-combustion, adsorption du CO2