Adsorber les gaz de manière sélective et réversible
Sous tension, ça va nettement mieux
À l'aide d'un composite de carbone et de dioxyde de silicium commutable électriquement, une équipe de recherche de l'Université technique de Darmstadt a réussi pour la première fois à éliminer de manière ciblée des gaz tels que le dioxyde de carbone, l'azote ou l'argon de la phase gazeuse - uniquement en appliquant une tension électrique. Le matériau stocke les gaz à sa surface et les libère entièrement en cas de changement de tension. L'étude ouvre de nouvelles perspectives pour des procédés de séparation efficaces sur le plan énergétique et vient d'être publiée dans Advanced Science.
En science et en technique, il est essentiel de séparer les substances les unes des autres. Si l'on souhaite par exemple séparer des liquides, il faut souvent beaucoup d'énergie pour cela, par exemple lors de la distillation et de l'évaporation.
Mais il existe aussi des méthodes plus douces pour séparer les substances de manière ciblée. Celles-ci fonctionnent en déposant des substances (adsorbats) sur une surface et en les détachant ultérieurement. En plusieurs étapes, on peut ainsi par exemple capturer (adsorber) puis libérer (désorber) différents gaz les uns après les autres.
Pour réaliser l'adsorption et la désorption de manière énergétiquement efficace, il faut des matériaux et des processus commutables. Pour une utilisation technologique, le matériau commutable doit en outre être facilement disponible. Le processus de commutation doit être réversible et aussi peu gourmand en ressources que possible. Pour cela, la recherche appliquée se concentre en particulier sur les procédés électriques. Le procédé est particulièrement intéressant si l'énergie électrique nécessaire peut être fournie en grande partie par des sources renouvelables.
Une équipe de recherche dirigée par le doctorant Silvio Heinschke et le professeur Jörg J. Schneider du département de chimie mésoscopique de l'université technique de Darmstadt a réussi pour la première fois à adsorber du dioxyde de carbone (CO₂), de l'azote (N₂) ou de l'argon directement à partir de la phase gazeuse, en appliquant une faible tension électrique à un matériau (adsorbant). Cet adsorbant est composé de carbone (charbon) et de silice (sable). Par la suite, ces gaz peuvent être contrôlés et complètement détachés du matériau adsorbant en retirant la tension.
L'astuce consiste à créer dans le matériau des interfaces d'une taille de quelques micromètres seulement. Ces interfaces se forment entre le carbone conducteur d'électricité et le dioxyde de silicium diélectrique, donc isolant. Le mélange (composite) des deux substances est nécessaire et décisif pour le comportement d'adsorption/désorption qui vient d'être décrit pour la première fois.
Entre les nombreuses interfaces de carbone et de dioxyde de silicium présentes dans le composite, des inhomogénéités, c'est-à-dire des gradients de champ, sont créées par une charge électrique. Dans ces champs, les molécules de gaz comme le CO₂, le N₂ ou l'argon sont légèrement chargées électriquement ou polarisées et adhèrent alors à la surface du carbone.
L'adsorption est influencée par les multipôles dans les molécules de gaz. Celles-ci présentent des répartitions de charge et des polarisabilités différentes dans le champ électrique. La liaison ainsi créée entre les gaz et l'adsorbant est totalement réversible. Ainsi, l'activation et la désactivation du champ électrique permettent de créer un swing induit par la tension entre la charge et la décharge de la phase gazeuse et la surface du composite.
Ce principe devrait en principe être réalisable pour tous les gaz présentant une polarisabilité élevée. Sur cette base, la séparation de mélanges de gaz par adsorption/désorption à oscillation commandée électriquement semble également réaliste à l'avenir.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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