Les déchets alimentaires pourraient devenir un outil précieux face aux enjeux climatiques grâce à des billes minuscule et réutilisables qui capturent le carbone directement dans l’air.
Réduire le réchauffement climatique : un défi
Pour limiter le réchauffement climatique à moins de 1,5°C sur le long terme, il ne suffira pas de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre. Selon les projections des derniers rapports du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), il est crucial que le monde adopte des technologies capables d’éliminer et de stocker des milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2) déjà présentes dans l’atmosphère.
Une technologie prometteuse : la capture directe de l’air
Parmi les solutions de plus en plus explorées, il y a la capture directe de l’air (DAC), qui consiste à retirer le CO2 directement de l’atmosphère. Plusieurs entreprises et chercheurs, dont Climeworks, une filiale de l’ETH Zurich créée en 2009, sont investis dans le développement de systèmes DAC. Bien que des avancées aient été réalisées, cette méthode reste coûteuse et exige une quantité importante d’énergie.
Transformation des déchets alimentaires
Des chercheurs de l’ETH Zurich ont proposé une nouvelle méthode de DAC promettant plus d’efficacité et de durabilité. Dans une étude publiée par PNAS, une équipe menée par le scientifique des matériaux Raffaele Mezzenga a exploré la possibilité d’utiliser des déchets issus de la production de produits laitiers et de tofu pour capturer le CO2.
Lors de la fabrication de ces produits, une grande quantité de liquide riche en protéines est générée. Seule une petite fraction est réutilisée, tandis que le reste est souvent éliminé. Les chercheurs ont extrait les protéines de ces déchets pour les transformer en structures filamenteuses appelées fibrilles amyloïdes. Ces dernières ont été combinées avec de l’hydroxide de potassium pour créer des billes poreuses d’environ un à deux centimètres de diamètre.
Mezzenga explique que ce matériau fonctionne comme une éponge capable d’absorber de grandes quantités de CO2 grâce à l’hydroxide de potassium.
Un processus chimique au service de l’environnement
Une fois exposées à l’air, les billes réagissent avec le CO2, le transformant en hydrogénocarbonate, une sorte de sel de l’acide carbonique, et ainsi éliminant ce gaz de l’atmosphère. Zhou Dong, un chercheur postdoctoral de l’équipe, souligne que lors de leurs expériences avec de l’air ambiant, ils ont réussi à extraire 97 milligrammes de CO2 avec seulement un gramme de matériau. Cette performance se révèle supérieure de 10 à 50 % par rapport aux technologies DAC classiques.
Une approche à faible consommation d’énergie
Contrairement à la plupart des systèmes DAC qui requièrent chaleur et pression négative pour libérer le CO2 capturé, l’équipe de l’ETH Zurich a adopté une méthode différente. Pour libérer le dioxyde de carbone, les billes de protéines sont alternées entre un acide doux et une base douce pendant environ dix minutes à température ambiante. Ce processus décompose les liaisons chimiques qui retiennent le CO2, permettant ainsi sa collecte.
Les matériaux utilisés (acide, base et billes) peuvent ensuite être réutilisés. Dong souligne que, contrairement aux matériaux synthétiques actuels qui se dégradent rapidement, leurs billes de protéines conservent leur stabilité sur le long terme. Les tests en laboratoire ont démontré que ces billes maintenaient leur efficacité même après 30 cycles de capture et de libération, sans perte significative d’efficience.
Vers une économie circulaire
Bien que Mezzenga admette qu’il sera nécessaire de remplacer le matériau après plusieurs milliers de cycles en raison de la diminution de sa capacité d’absorption, il souligne que les billes usagées pourraient être reconverties en engrais agricole ou en biocarburant. Grâce à leur nature entièrement organique et biodégradable, elles s’inscrivent dans un modèle d’économie circulaire.
« Les matériaux que nous utilisons pour ce processus sont non toxiques et de qualité alimentaire », précise Mezzenga. De plus, une analyse du cycle de vie a montré que cette nouvelle méthode génère moins de pollution environnementale que les méthodes DAC existantes.
Perspectives d’avenir pour la technologie
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si cette technologie peut être mise en œuvre à l’échelle industrielle et si ses performances élevées en matière de capture de CO2 peuvent être maintenues dans de plus grands systèmes. Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont testé que quelques grammes de ce matériau, qui ont permis de capturer environ 50 grammes de CO2 dans un cadre de laboratoire contrôlé.
Cependant, Mezzenga reste confiant. Ayant expérimenté avec les fibrilles amyloïdes durant près de deux décennies, il a déjà réussi à les utiliser pour créer des alternatives en plastique biodégradables et des technologies de purification de l’eau. « Nous sommes persuadés que cette technologie peut être mise à l’échelle », affirme-t-il.
Il précise que le système de pulvérisation pour relâcher le CO2 est compatible avec des techniques déjà utilisées dans les processus industriels. Les futures recherches de Dong se concentreront sur l’évaluation des possibilités d’implémentation à grande échelle.
Bien que l’équipe n’ait pas encore chiffré le coût de l’élimination d’une tonne de CO2 avec ce nouveau système, Mezzenga s’attend à ce qu’il soit largement inférieur à celui des méthodes classiques de capture directe de l’air. « Notre technologie est non seulement moins coûteuse, mais également plus durable, car elle nécessite peu d’énergie et repose sur un déchet largement disponible », conclut-il. « Cela pourrait véritablement changer la donne pour l’avenir de la capture de CO2 dans l’air. »
FAQ
Quelle est la méthode principale utilisée par l’équipe pour capturer le CO2 ?
L’approche consiste à utiliser des billes de protéines fabriquées à partir de déchets laitiers et de tofu, combinées à de l’hydroxide de potassium pour capter le CO2.
Combien de cycles de capture les billes peuvent-elles supporter ?
Les tests ont montré que les billes conservent leur efficacité pendant environ 30 cycles de capture et de libération du CO2.
Quel est l’impact environnemental de cette nouvelle technologie par rapport à d’autres méthodes ?
L’analyse du cycle de vie a révélé que cette méthode génère moins de pollution environnementale que les systèmes de capture directe existants.
Les billes de protéines sont-elles sûres ?
Oui, les matériaux utilisés sont non toxiques et conviennent pour un usage alimentaire.
Quelles sont les perspectives pour une mise en œuvre à grande échelle ?
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour tester l’efficacité de cette technologie à une échelle industrielle.
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