La guanidine : nouvelle méthode de captation du CO2

Dans « Faits et croyances » (1840), Victor Hugo a dit « Le hasard bavarde, le génie écoute ». Une sagacité éclairée pousse le scientifique à explorer aussi bien les faits engagés dans l’étude que les données imprévisibles. C’est un petit événement imprévu, survenu dans un laboratoire au cours d’une expérience chimique, qui a lancé la recherche que nous allons présenter dans cet article.

Des chercheurs du département d’énergie de l’Oak Ridge National Laboratory (ONRL) ont trouvé une solution très simple pour capter le dioxyde de carbone dans l’air. Les expériences menées par l’équipe portaient initialement sur la purification de l’eau par l’élimination des contaminants suivants : le sulfate, le chromate et le phosphate. Pour détruire ces ions chargés négativement, les chercheurs ont synthétisé un composant appelé guanidine. La guanine se lie fortement aux contaminants et forme des cristaux insolubles qu’on peut facilement extraire de l’eau. Au cours de l’expérience, ils ont découvert par hasard une méthode d’élimination du dioxyde de carbone dans l’air qui nécessite très peu d’énergie et de produits chimiques. Leur étude, intitulée « CO2 Capture from Ambient Air by Crystallization with a Guanidine Sorbent » a été publiée dans la revue scientifique Angewandte Chemie International Edition le 21 décembre 2016.

Les circonstances ayant mené à la sérendipité

Radu Custelcean, ingénieur chercheur en cristallographie, spécialiste en procédés d’extraction et de séparation des espèces chimiques, a mentionné qu’ils ont été interpellés par un phénomène chimique de cristallisation accidentel. Celui-ci a eu lieu lorsqu’une solution aqueuse de guanidine a été laissée involontairement à l’air libre. L’équipe a remarqué en analysant les cristaux formés sur la surface de la solution, par une technique appelée diffractométrie de rayons X, la présence de l’ion carbonate. Il s’agit d’un sel qui se forme lors du contact du dioxyde de carbone avec l’eau. À la suite à cette découverte, les chercheurs, Michelle Kidder, Radu Custelcean, Charles Seipp et Neil Williams ont entamé une étude sur la réduction des gaz à effet de serre par cristallisation au moyen de la guanidine. La recherche a été financée par l’Office des sciences du U.S Departement of Energy.

Les perspectives industrielles de la captation du dioxyde de carbone par la guanidine

Les procédés de captage et de stockage du dioxyde de carbone à l’échelle industrielle (particulièrement les industries de production d’électricité), utilisés actuellement, parviennent, techniquement, à limiter l’impact environnemental des émissions gazeuses. Toutefois, les surcoûts des équipements industriels déployés pour ce faire et l’énergie utilisée lors du captage du transport et du stockage des résidus atteignent dans certains cas 70 % et découragent les entreprises.

Notons par exemple que le stockage en grande quantité est effectué en profondeur dans des formations géologiques. On utilise des technologies de forage et d’injection similaires à celles employées pour l’extraction du pétrole. Il est impératif de s’assurer de l’étanchéité des couches du site de stockage étant donné que le dioxyde de carbone extrait est transformé sous forme gazeuse ou liquide et risque de facto de s’échapper vers les couches supérieures.

Injection du dioxyde de carbone dans les couches géologiques

Custelcean souligne aussi que la transformation du dioxyde de carbone, avant le transport, requiert un chauffage qui peut atteindre 900 degrés Celsius (1,652 ºF), un processus qui émet souvent plus de dioxyde de carbone que celui initialement enlevé.

Le composé à base de guanidine développé par l’ORNL offre une alternative plus efficace. En effet pour libérer le dioxyde de carbone lié, les cristaux sont chauffés entre 80 et 120 degrés Celsius (176-248 ºF). Le procédé est, de fait, moins énergivore que les méthodes actuelles. La température nécessaire pour libérer le dioxyde de carbone offre aussi la possibilité de recourir à l’énergie solaire, ce qui rend les étapes de captation et de transformation éco-responsables.

Selon Custelcean, le processus de captation par la guanidine doit être développé et amélioré afin d’être implanté dans les industries. Pour ce faire, l’équipe est actuellement en train d’étudier la structure cristalline et la spallation de la guanidine par la technique d’analyse nommée diffractométrie de neutrons. En analysant la liaison carbonate dans les cristaux, les chercheurs espèrent comprendre le mécanisme moléculaire du processus de captation du dioxyde de carbone pour optimiser la conception des agents de sorption.