Capture du dioxide de carbone de l air ambiant Quel potentiel?

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1 Capture du dioxide de carbone de l air ambiant Quel potentiel? Alain Goeppert Loker Hydrocarbon Research Institute and Department of Chemistry University of Southern California Los Angeles, CA Séminaire développement durable et économie de l environnement Reid Hall, Mai 28 th 2013

2 Population Mondiale (en millions) Projection 2050 * to * Medium estimate. Source: United Nations, Population Division Petawatt-heures (10 15 watt-heures) Historique 148 Projections petawatt-heures ~ 15 terawatts (15,000 centrales de 1 gigawatt) TW en TW en World Primary Energy Consumption, 1970 to 2025 Based on data from Energy information Administration (EIA) X

3 Plus de 80% de l énergie consommée vient des combustibles fossiles Charbon 27.3% Autres 0.9% Incluant solaire, éolien, géothermal, énergie des océans Pétrole 32.4% Combustibles renouvelables et déchets 10.0% Hydro 2.3% Nucleaire 5.7% Gas naturel 21.4% Total Mtep (millions de tonnes d'équivalent pétrole) Distribution de l approvisionnement mondial total en énergie primaire en 2010 Base sur les données de l Agence Internationale de l Energie (IEA) Key World Energy Statistics 2012

4 Consommation journalière de combustibles fossiles 85 Million de barils de pétrole consommés! 8 Milliard de m 3 de gas naturel 16 Million de tonnes de charbon Les combustibles fossiles sont un des plus grand cadeau que la nature nous a donné. Ils ont permis un développement sans précédent de notre civilisation.

5 Produits pétroliers In Aux United Etats-Unis States 67% 67% du of the pétrole petroleum est actuellement currently used utilisé in dans transportation le secteur as des gasoline, transports diesel, sous la jet forme fuel, etc.! d essence, de diesel, kérosène, etc.! Le secteur des transports est complètement dépendant du pétrole (>95%) Problème: bruler ces combustibles fossiles libère du CO 2

6 Annual Global CO 2 Emissions Source: Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge national Laboratory Plus de 30 milliards tonnes de CO 2 sont relâchées dans l atmosphère chaque année! Environ la moitié des émissions de CO 2 s accumulent dans l atmosphère Actuellement autour de 15 milliards de tonnes par année

7 Cycle du carbone Augmentation de l acidité des océans

8 Concentration de CO 2 dans l atmosphère et changement climatique Va dépasser les 400 ppm cette année Concentration atmosphérique de CO 2 mesurée au Mauna Loa, Hawaii Courbe de Keeling Source: IPCC

9 Hydroélectrique Energie géothermale Eolien Solaire Biomasse Energies des océans (vague, marée, thermique) Energie Nucléaire Energies alternatives? Pourquoi n utilisons nous pas plus d énergies alternatives? - Problème de couts - Combustibles fossiles restent les plus économiques - Intermittence de la plupart des énergies renouvelables - Produisent principalement de l électricité difficile a stocker (stockage sous forme d hydrogène, de méthanol, etc.)

10 World Energy Outlook 2012 (Agence Internationale de l Energie, Paris) Augmentation de la consommation des combustibles fossiles et émissions de CO 2 Dans la plupart des scenarios

11 La capture et séquestration du carbone Carbon capture and sequestration (CCS) Carbon recycling to fuels and materials (CCR)

12 Sources de CO 2 Cimenteries Procédés de fermentation Puits de gaz naturel Fabriques d aluminium Centrales thermiques brulants des combustibles fossiles Sources géothermiques L air CO 2 separation and Capture technologies Absorption Adsorption Alumina Cryogenics Dry ice formation Membranes Algal and microbial systems Chemical Zeolite at low temperature Activated carbon Polymer based MEA, DEA KOH, NaOH, MgO Etc. Physical Solexol Rectisol Etc. Pas bien adaptées pour la capture de CO 2 de l air Poly(phenylene oxide) Poly(ethylene oxide) Poly(ionic liquid) Inorganic membranes Ceramic based Zeolite based Regeneration method Pressure swing Temperature swing Moisture swing And combination thereof La capture directe du CO 2 de l air est considérée difficile

13 La nature le fait. Pourquoi pas nous? fixation du CO 2 par la photosynthèse (neutre en carbone) Biocarburants éthanol, butanol, huiles végétales (biodiesel) un petit % du mix énergétique La biomasse va probablement être à même de couvrir d une façon durable que 10-15% de nos besoins énergétiques Disponibilité de terres agricoles Ressources en eau irrigation Sécurité alimentaire / sécurité énergétique Utilisation d engrais (engrais azoté a partir de l ammoniac NH 3 (synthétique N 2 + H 2, procédé Haber-Bosch)) Technologies pour la transformation, nécessite de l énergie Balance énergétique globale (analyses du cycle de vie) Le soleil est la source de la plupart de l énergie sur terre passé, présent et future ~ TW en continu. Un réacteur de fusion nucléaire fiable et sûr à une distance de sécurité de 150 millions de km!

14 Thermodynamiques de la capture du CO 2 de l air L énergie thermodynamique minimum pour extraire CO 2 de l air est relativement basse à ~ 20 kj/mol (0.45 GJ/tCO 2 ) à température ambiante RT ln (P/P 0 ) P 0 : pression partielle dans l air Atm P: pression finale du CO 2 dans le gaz enrichi (idéalement 1 Atm ou plus) R: constante des gaz idéaux (8.3 J.mol -1.K -1 ) L énergie nécessaire n augmente que de façon logarithmique avec la dilution concentration de CO 2 dans l' air 0.04% concentration du CO 2 dans les ~10% gaz de combustion ~ 250 x moins En théorie, la capture du CO 2 de l air ne devrait nécessiter que de 2 à 4 fois plus d énergie que la capture de CO 2 de gaz de combustion En pratique l énergie nécessaire pour un système complet sera bien entendu plus large D un point de vu thermodynamique la capture directe de l air ne devrait pas poser de problème

15 Pourquoi capturer le CO 2 de l air? MSOffice9 Important pour adresser le fait que ~ 50% des émissions anthropogéniques (dues a l homme) de CO 2 proviennent de sources de petites tailles et distribuées telles que le chauffage et la climatisation domestique et commercial et le secteur des transports La collection de CO 2 de milliard de ces petites unités brulant des combustibles fossiles est difficile et/ou non économique MSOffice10 La capture directe de l air (direct air capture (DAC)) de CO 2 permettrait le captage de CO 2 de n importe quelle source, petite ou grande, statique ou mobile L Indépendence du point de vu de la source d émission du CO 2 signifie que l unité de capture pourrait être placée n importe ou, offrant une considérable flexibilité Une concentration plus faible de contaminants comme NO x, SO x et particules dans l air comparé aux gaz de combustion DAC pourrait même être utilisée pour baisser la concentration de CO 2 dans l atmosphère

16 Diapositive 15 MSOffice9 graph Alain; 19/05/2013 MSOffice10 add photos of planes, vehicles, home's chemney Alain; 21/05/2013

17 Capture de CO 2 de l air Application courantes et futures: - Enlèvement de CO 2 d espaces clos comme les sous-marins et navettes spatiales - Production d air sans CO 2 pour des piles a combustible et batteries alcalines - Capture du CO 2 pour la séquestration et le recyclage en carburants et matériaux Technologies pour la capture du CO 2 de l air Basée sur des sorbents chimiques - Sorbents chimiques minéraux NaOH, LiOH, KOH, Ca(OH) 2, K 2 CO 3 Unit for CO 2 removal in the space station currently undergoing tests (source: NASA) - Sorbents organiques ou hybride Amines ou polyamines adsorbées physiquement sur des supports, amines et polyamines immobilisées, aminosilices hyperramifiées, résines échangeuses d anions PEI imprégné sur du polymé thylmé thacrylate, SBA-15, alumine, silice, fibres de carbone, etc

18 Systèmes pour la capture de CO 2 de l air 1 m 3 of air 0.4 L of CO 2 1L CO m 3 d air 1 mol CO 2 (44g) 2.5 m 3 d air 1kg CO m 3 d air 1 t CO million de m 3 d air 10% CO 2 dans un gaz de combustion 1 t CO m 3 de gaz de combustion De grandes quantités d'air doivent être traitées Des systèmes différents doivent être utilisés. Filtres Grands bassins Tours de convection Lackner, Keith Gebald, Lackner Keith Dispositif avec écoulement d absorbent

19 Cycle d absorption/desorption des absorbents Absorption/désorption du CO 2 sont deux réactions opposées Absorption A + CO 2 ACO 2 exothermique (libère de l énergie) Désorption ACO 2 A + CO 2 endothermique (demande de l énergie) Air sans CO 2 Absorption CO 2 / air pure CO 2 Désorption Chaleur, vide, autres moyens de désorption La régénération des sorbents est l étape qui demande de l énergie Les sorbent minéraux lient CO 2 fortement Dans la plupart des cas ils nécessitent de hautes températures pour l étape de régénération ( C) mais sont relativement stables sur de nombreux cycles d absorption/désorption Demande d énergie élevée pour l étape de régénération

20 Chimisorbents minéraux Solution de NaOH dans l eau En raison de la faible concentration en CO 2 de larges volumes d air doivent être traites La perte d eau par évaporation peut être élevée Peut être mitigé en augmentant la concentration de NaOH Na 2 CO 3 est très soluble dans l eau conduisant a une séparation par évaporation de l eau très demandeuse d énergie. Calcination de Na 2 CO 3 demande aussi des températures >900 C Réaction de Caustification: de Na 2 CO 3 avec Ca(OH) 2 CaCO 3 forme un précipité pour une séparation aisée

21 Cycle Na/Ca (Procédé Kraft) Utilisé depuis plus de 100 ans par l industrie du papier Storage Air Contactor Compressor CO 2 CO 2 NaOH Na 2 CO 3 Causticization Ca(OH) 2 Lime Hydration CaO Lime Kiln Fuel CaCO 3 H 2 O Pour comparaison: Air Separation Mechanical CaCO 3 Steam CaCO 3 Unit Energie par H Filter tonne de CO Dryer 2 O 2 rejetée dans l atmosphère par combustion de H 2 O Charbon 9 GJ/t CO N 2 2 Essence 15 GJ/t CO 2 Méthane 20 GJ/t CO 2 L énergie nécessaire pour le cycle Na/Ca est relativement élevée La faisabilité économique et environnementale d un procédé avec une intensité énergétique aussi élevée semble donc questionnable H 2 O O 2 Energie nécessaire pour ce procédé pour la capture du CO 2 de l air: entre 10 and 17 GJ/t CO 2

22 Cycle Na/Fe Caustification avec de l oxyde de fer (Fe 2 O 3 ). Energie pour la régénération potentiellement plus basse Proposé par Carbon Engineering, Calgary, pour la capture de CO 2 de l air.

23 Capture directe avec Ca(OH) 2 La très basse solubilité de Ca(OH) 2 dans l eau (0.025 M ) limite la vitesse de réaction avec CO 2. De très grands bassins peu profonds ou d autres installations sont nécessaires De toute manière, l étape de calcination très énergivore ( C) demeure

24 Cycle K 2 CO 3 /KHCO 3 Absorption à 25 C Désorption à C avec de la vapeur Des trois carbonates Li 2 CO 3, Na 2 CO 3 et K 2 CO 3 il a été démontré que K 2 CO 3 a certaines des caractéristiques les plus favorables pour l absorption du CO 2 Le cycle K 2 CO 3 /KHCO 3 pour la capture du CO 2 de l air est actuellement étudiée par la compagnie Coaway aux Etats-Unis R. B. Polak et al., Pat. Appl. US 2012/ A1, H. Hayashi et al., Ind. Eng. Chem. Res., 1998, 37,

25 Absorbents minéraux solides La carbonatation de sorbents solides minéraux tels que NaOH, NaHCO 3, Ca(OH) 2 et CaO est lente et incomplète La carbonatation de Ca(OH) 2 et CaO est catalysée par la présence d eau dans le flux d air. Jusqu a 80% du CaO peut être carbonaté en CaCO 3. Néanmoins même l étape de carbonatation a besoin de températures élevées Chauffer l air a >300 C rend cette approche impraticable L utilisation d absorbents minéraux solides n est probablement pas la meilleure solution V. Nikulshina et al., Chem. Eng. J., 2009, 146, ; V. Nikulshinaet al., Chem. Eng. J., 2008, 140, V. Nikulshina et al., Chem. Eng. J., 2009, 155, ; V. Nikulshina et al., Chem. Eng. J., 2007, 129,

26 Options a coté des sorbents minéraux Problème Sorbents minéraux sont très robustes et stables mais forment une liaison trop forte avec le CO 2 nécessitant de hautes températures pour la régénération ( C) Procédé énergivore Possible solution Matériaux organiques ou hybrides forment des liaisons moins fortes avec le CO 2 et demandent des conditions de régénérations moins sévères telles que des températures moins élevées ( C). Désorption du CO 2 par variation de la température, pression, humidité ou une combinaison de ces procèdés (temperature, pressure, moisture swing)

27 Adsorbents basés sur des organoamines supportées Adsorbents hybrides Peuvent être divisés en trois catégories dépendant du type d interaction entre le support et la partie active du sobent ainsi que du mode de préparation Classe 1: Amine ou amine polymérique adsorbée physiquement a la surface du support Classe 2: Amine immobilisée (ancrée) sur le support Classe 3: Polyamine greffée préparée par polymérisation insitu du monomère contenant l amine

28 Reaction des amines avec le CO 2 H = -84 kj/mol ½CO 2 par amine H = -72 kj/mol 1 CO 2 par amine Conditions sèches: formation de carbamate. Deux groupes amine nécessaires pour chaque molécule de CO 2 Conditions humides: formation de bicarbonate. En théorie seulement un groupe amine nécessaire pour chaque molécule de CO 2 Plus haute adsorption de CO 2 sous conditions humides For CaCO 3 formation H = -179 kj/mol

29 Classe 1: amines adsorbées physiquement au support Facile a préparer en mélangeant simplement l amine avec le support dans un solvant suivi de l évaporation du solvant et séchage. jusqu à 100 mg CO 2 /g adsorbent Supports: fibres de carbone, alumine, solide mesoporeux (SBA-15, MCM- 41, MCM-48), silices mesocellulaires, fumée de silice, silice précipitée Fumée de silice MCF MCM-48 MCM-41 Amine dispersé à la surface du solide ou dans les pores Amines et polyamines Polyethylenimine ramifiée (PEI)

30 Classe 2: amine ou polyamine ancrée sur le support Capacité d adsorption de CO 2 de l air a température ambiante 44 mg CO 2 /g adsorbent ~40 mg CO 2 /g adsorbent jusqu à 6 mg CO 2 /g adsorbent ~60 mg CO 2 /g adsorbent (40% humidity) Avantage: L amine ne peut pas s échapper de l adsorbent parce qu elle est chimiquement attachée au support Y. Belmabkhout et al., Chem. Eng. Sci., 2010, 65, J. A. Wurzbacher et al., Energy Environ. Sci., 2011, 4, J. A. Wurzbacher et al., Prep. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem., 2011, 56, 276. C. Gebald et al., Environ. Sci. Technol., 2011, 45,

31 Classe 3: Support fonctionnalisé avec une polyamine jusqu à 75 mg CO 2 /g adsorbent jusqu à 26 mg CO 2 /g adsorbent Avantage: la polyamine ne peut pas s échapper de l adsorbent parce qu elle est chimiquement attachée au support S. Choi et al., Environ. Sci. Technol., 2011, 45, W. Chaikittisilp et al., Chem.-Eur. J., 2011, 17,

32 Autres types d adsorbents Resines echangeuses d ions Adsorption de CO 2 par variation du taux d humidité sur une résine échangeuse d ions fonctionnalisée avec des ammoniums quaternaires jusqu à 66 mg CO 2 /g adsorbent Metal Organic Frameworks (MOFs) Imprégnée/greffée avec des amines et polyamines Coût, stabilité, etc. Choi, S. et al. J. Phys. Chem. Lett., 2012, 3, 1136 McDonald, T. M. et al. J. Am. Chem. Soc.,2012, 134, 7056

33 Techniques de désorption Adsorption par variation de la température Temperature swing adsorption (TSA) Adsorption a température ambiante Désorption à une température plus élevée ( C) avec ou sans gaz de purge Adsorption par variation de la pression Vacuum swing adsorption (VSA) Adsorption à pression atmosphérique Désorption sous vide Adsorption par variation du taux d humidité Moisture swing adsorption (MSA) Adsorption sous conditions sèches Désorption sous conditions humides Adsorption par variation de la température par chauffage électrique Electrical thermal swing adsorption (ETSA) Un courant électrique est appliqué a un sorbent conducteur (par exemple du carbone) pour relâcher le CO 2 Combinaison de techniques VSA avec TSA: TVSA CO 2 free Air CO 2 Adsorption / Air Regeneration of solid absorbent Vacuum and/or heating Pure

34 Coût de la capture du CO 2 de l air Coût de capture d une tonne de CO 2 d un point d émission tel qu une centrale thermique au charbon estimé a ~$30-$100 Coût estime de la capture d une tonne de CO 2 de l air quelque part entre $20 et $1000 Steinberg/CoAway LCC K 2 CO 3 /KHCO 3 $20/tonne Keith/Carbon Engineering Ltd Na/Ca cycle $50-150/tonne Lackner et al. Anionic exchange $30-$200/tonne resin Herzog et al. CaO/CaCO 3 >$1700/tonne House et al. Na/Ca $1000/tonne American Physical Soc. Na/Ca cycle $600-$800/tonne Nous sommes encore dans les premiers stades de cette technologie. Elle a clairement besoin de plus de temps pour se développer et nécessite la construction d installations pilotes pour déterminer sa viabilité. Nous pensons que le cout devrait se situer en dessous de $100/tonne

35 Exemples de prototypes et de designs proposés pour la séparation de CO 2 de l air Prototypes (a) Prototype for CO 2 capture from the air. Courtesy of Kilimanjaro Energy (c) Construction of a prototype for CO 2 capture from the air in Alberta, Canada. (Carbon Engineering) (b) Solid amine based swing bed for CO 2 removal in human spaceflights. Currently undergoing tests in the International Space Station (ISS). (NASA) Designs (e) Artist rendering of a prototype for CO 2 capture from the air using an anionic exchange resin and regeneration by moisture swing (Kilimanjaro Energy). (f) Artist rendering of an atmospheric CO 2 capture contactor. (Carbon Engineering) (d) Artist rendering of an array of atmospheric CO 2 capture units also known as Synthetic Trees. (Stonehaven Production)

36 Travaux conduits au Loker Hydrocarbon Research Institute / University of Southern California sur la capture du CO 2 de l air Intérêts dans cette technologie pour une variété de raisons: - Capture de CO 2 pour son recyclage en carburants et matériaux comme le méthanol, le dimethylether (DME), hydrocarbures, etc. (méthanol economy) - Capture de CO 2 pour produire de l air sans CO 2 pour son usage dans des batteries fer/air avec une électrolyte alcaline (KOH, NaOH) (ARPA-e) - Qualité de l air dans des espaces clos (réduction de la concentration de CO 2 dans des espace clos) Nous avons décidé de concentrer nos efforts dans la recherche d un adsorbent hybride (amine/support)qui serait à la fois facile à préparer, peu couteux et efficace pour la capture du CO 2 de l air.

37 Preparation de l adsorbent hybride solide Structure de polyethylenimine (PEI) ramifie PEI Support PEI (HMW) Mw environ g/mol Support solide: fumée de silice ( m 2 /g) Préparé facilement en Dissolvant la polyamine dans du méthanol et en ajutant la solution dans une suspension de support dans du méthanol Evaporant le solvant suivi de séchage. Adsorbent Teneur en PEI FS-PEI-50 50% FS-PEI-33 33% FS-PEI-25 25% Peut être prépare en très peu de temps Goeppert, A.; Meth, S.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A. Energy Environ. Sci. 2010, 3,

38 Caractéristiques du support Synthèse de la fumée de silice Fumée de silice: taille des particule primaire ~ 7 nm, poudre très légère, très faible densité Absorbent support Pore volume (cm 3 /g) Bulk tapped density (cm 3 /g) Volume between particles (cm 3 /g) Fumed SiO 2 (Aldrich) ~ 20 ~ 19 Fumed SiO 2 (Aerosil 300) ~ 20 ~ 19 Fumed SiO 2 (Aerosil 150) ~ 20 ~ 19 Precipitated SiO 2 (Hi-Sil T-600) ~ 20 ~ 19 Silica gel ~ 1 Présence de larges mesopores et macropores auxquels PEI peut facilement accéder mais en même temps permettre un accès aisé pour la diffusion de CO 2 est bénéfique

39 Reaction de la polyethylenimine (PEI) avec le CO 2 ½CO 2 par amine 1 CO 2 par amine Conditions sèches: formation de carbamate. Deux groupes amine nécessaires pour chaque molécule de CO 2 Conditions humides: formation de bicarbonate. En théorie seulement un groupe amine nécessaire pour chaque molécule de CO 2

40 Installation et procédure expérimentale 1 Compressor 2 Air dryer (silica gel) 3 Reservoir 4 Mass flow controller 5 Humidifier 6 Dry air inlet 7 Water droplet separator I. 8 Water droplet separator II 9 Adsorbent 10 Particle separator 11 Stirrer and oil bath 12 Horiba CO 2 analyzer 13 Computer Analyseur de CO 2 calibré avant chaque expérience

41 Système pour les tests d adsorption du CO 2

42 Adsorption de CO 2 de l air à 25 C sur FS-PEI-50 Total CO 2 adsorption: 75 mg/g 1.71 mmol/g 39 mg CO 2 /g 0.88 mmol/g Breakthrough Air sans CO 2 ou avec moins de CO 2 CO 2 / air Amount of catalyst : 2.72 g Flow rate: 335 ml/min air Goeppert, A.; Czaun, M.; May, R. B.; Prakash, G. K. S.; Olah, G. A.; Narayanan, S. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20164

43 Adsorption de CO 2 de l air sur FS-PEI-33 En fonction de la température

44 Adsorption de CO 2 de l air sur FS-PEI-50 en fonction de la concentration en PEI 500 CO 2 concentration (ppm) FS PEI 20 FS PEI 25 FS PEI 33 FS PEI Time (h) Adsorbent total CO 2 adsorption from air (mg/g) CO 2 adsorption from air under 10 ppm(mg/g) Ratio adsorption under 10 ppm/total adsorption Slope of saturation (ppm/s) FS PEI FS PEI FS PEI FS PEI

45 Adsorption de CO 2 l air en fonction de la masse moléculaire de PEI CO 2 concentration (ppm) FS-PEI-33 FS PEI(423) 33 FS PEI(800) 33 FS PEI(1800) 33 FS PEI(25000) 33 Adsorbent total CO 2 adsorption from air (mg/g) CO 2 adsorption from air under 10 ppm(mg/g) FS PEI(423) FS PEI(800) FS PEI(1800) FS PEI(25000) Time (h) CO 2 concentration (ppm) FS-PEI-50 FS PEI(423) 50 FS PEI(800) 50 FS PEI(1800) 50 FS PEI(25000) Time (h) Bien que les amines avec une masse moléculaire plus faible adsorbent plus de CO 2, il faut aussi prendre garde car elles pourraient être plus prônent a s échapper de l adsorbent sous certaines conditions

46 Adsorption de CO 2 de l air sur FS-PEI-50 En fonction de la température Pas d adsorption au dessus de 85 C

47 Désorption de CO 2 sur FS-PEI-50 a 85 C sous flux d air 5 CO 2 concentration (%) Presque tout le CO 2 est relâché en moins d une heure Time (h) Amount of catalyst : 2.72 g Flow rate: 335 ml/min air L adsorbent est régénérable sous des conditions douces

48 Effet de la temperature sur la desorption sur FS-PEI CO 2 concentration (%) C 85 C 100 C Time (h) Plus la température de désorption est élevée, plus la désorption est rapide

49 Regeneration des adsorbents sur de courts cycles de recyclage FS-PEI-33 CO 2 adsorption before Pass breakthrough (mg/g) Total CO 2 adsorption (mg/g) FS-PEI-50 Adsorption (mg CO 2 /g adsorbent) FS-PEI-33 FS-PEI Pass CO 2 adsorption before Pass breakthrough (mg/g) Total CO 2 adsorption (mg/g) Régénération à 85 C sous vide

50 110 cycles d adsorption/desorption a 75 C sur FS-PEI-50 Adsorption avec 85% CO2/N2 Désorption sous N2 Pas de perte significative de capacité d adsorption sous CO2/N2

51 110 cycles d adsorption/desorption a 75 C sur FS-PEI-50 Adsorption avec 85% CO 2 /N 2 Désorption sous N 2 Pas de perte significative de capacité d adsorption sous CO 2 /N 2

52 Adsorption de CO 2 de l air à 25 C sur FS-PEI-33. Effet de l humidité Conditions mg/g adsorbent mmol/g adsorbent mg/g PEI mmol/g PEI Dry Humid Effet positif du taux d humidité Résultats en ligne avec la formation de bicarbonates Taux d humidite: 67% à 25 C Dans le cas des zéolites, l humidité stoppe presque totalement l adsorption de CO 2

53 Conclusions sur l adsorption de CO 2 de l air Absorption de CO 2 de l air et techniquement possible Paramètres importants: - Capacité élevée a température ambiante - Energie de désorption modeste - Stable pour des milliers de cycles d adsorption/désorption Les absorbents minéraux - Très efficaces pour l adsorption de CO 2 - Très énergivores durant la régénération de Probablement pas le meilleure solution pour la capture de CO 2 l air avec les technologies de désorption actuelles Les adsorbents basés sur les amines semblent prometteurs - capacité d adsorption relativement élevée même plus élevée sous conditions humides - régénération a basse température ( C) - vitesse de réaction rapide - facile à préparer avec des matériaux peu onéreux - solides: ne nécessitent pas la séparation ou le chauffage d eau

54 Utilisation et recyclage du CO 2 de l air Cycle anthropogénique du carbone Imiter le cycle photosynthétique naturel Recyclage durable du CO 2 atmosphérique en carburants et matériaux

55 Possible transition vers des carburants durables 100 Combustibles fossiles Total combustibles durables % Méthanol, DME, hydrocarbures et autres carburants synthétiques et matériaux obtenus à partir de CO 2 de l air Méthanol, DME, hydrocarbures et autres carburants synthétiques et matériaux obtenus à partir de CO 2 des gaz de combustion 2 nd gen. de biocarburants 0 1 st gen. de biocarburants Temps

56 Méthanol géothermal à partir de CO 2 Islande CRI Carbon Recycling International George Olah CO 2 to Renewable Methanol Plant HS Orka Svartsengi Geothermal Power Plant, Iceland Capacité de production: 10 t/jour Cout de l électricité autour de1-2 /kwh Environ 40 kwh sont nécessaires pour produire un gallon de méthanol (11 kwh/l)

57 J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, L Economie du Méthanol J. Org. Chem. 2009, 74,

58 MSOffice8 Remerciements Professor George. A. Olah Professor G. K. Surya. Prakash Professor S. R. Narayanan Dr. Robert Aniszfeld Dr. Miklos Czaun Hang Zhang Robert B. May Merci de votre attention! Columbia Global Centers Europe Paris $$$$

59 Diapositive 57 MSOffice8 Add photo of the institute Alain; 24/03/2011

60 Cycle naturel du carbone

61 Cycle anthropogenique du carbone

62 CO 2 capture with amine impregnated solid supports Literature: - Sunita Satyapal et al. Energy & Fuels 2001, 15, 250. The absorbent used is a Polyethylenimine (PEI)/Polyethylenglycol (PEG) on a high surface area polymethylmethacrylate support. Applied to remove CO 2 in the space shuttle Capacity ~ 40mg CO 2 /g absorbent at 50 C and 0.02 atm CO 2. PSA for regeneration We decided to focus our effort on finding an easy to prepare but at the same time efficient adsorbent based on a hybrid material

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