Le captage du CO2 grâce à une enzyme biologique

Le 13 avril 2018 par Romain Loury
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Centrale à charbon
Centrale à charbon

Une équipe américaine a mis au point une nouvelle membrane permettant de séparer le dioxyde de carbone (CO2) d’un mélange gazeux, en alliant flux élevé et forte spécificité. Sa caractéristique: elle repose sur l’activité d’une enzyme biologique, l’anhydrase carbonique.

 

En matière d’atténuation des gaz à effet de serre, le captage du CO2 constitue l’une des pistes de recherche les plus actives. Si plusieurs membranes de filtration ont été mises au point, leur prix demeure élevé, et leur efficacité encore très relative. Principal écueil: la hausse du flux entrant diminue la spécificité, compromis qui se joue au détriment de l’efficacité.

18 nanomètres d’épaisseur

Lors de travaux publiés dans Nature Communications, l’équipe de Jeffrey Brinker, chercheur en ingénierie biochimique à l’université du Nouveau-Mexique (Albuquerque), est parvenue à lever cet obstacle: les chercheurs ont mis au point une membrane ultrafine en silice (18 nanomètres d’épaisseur, soit 18 millionièmes de millimètre), percée de manière très dense de nanopores de 8 nanomètres de diamètre.

Ces pores sont emplis d’eau contenant une enzyme biologique, l’anhydrase carbonique. Cette enzyme est responsable du transport de CO2 dans le sang: elle catalyse la conversion du CO2 en acide carbonique (H2CO3), celui se transformant de manière quasi-instantanée en ion bicarbonate (HCO3-).

Jusqu’à un million de réactions par seconde

Avantage de cette enzyme, son taux de fonctionnement, dit «turn-over», est parmi les plus élevés du monde vivant: jusqu’à 1 million de réactions par seconde! Son inconvénient réside dans sa faible solubilité, qui pourrait réduire le flux transmembranaire. Les chercheurs ont résolu cette difficulté par la grande densité des pores, qui permet une concentration en anhydrase carbonique bien plus élevée que n’en aurait une solution liquide, à volume équivalent.

Une fois sous forme bicarbonate, la molécule est transformée en CO2 du côté sortant de la membrane, toujours grâce à l’anhydrase carbonique. L’anhydrase carbonique sert donc de récepteur au CO2, qui se trouve ainsi séparé du gaz (par exemple la fumée issue d’une centrale à charbon) et pourra dès lors être stocké.

Forte affinité pour le CO2, faible coût

Cette capture s’avère très spécifique: l’affinité de la membrane pour le CO2 est 788 fois plus élevée que pour le diazote (N2) et 1.500 fois plus que pour le dihydrogène (H2). Bilan: 90% du CO2 d’un mélange gazeux peut être récupéré, avec une pureté de 99%.

Selon les chercheurs, cette technique serait d’un faible coût, de l’ordre de 40 dollars par tonne de CO2. Or ce chiffre est le seuil fixé par le département américain à l’énergie (DOE) pour que la capture de CO2 soit jugée réaliste d’un point de vue économique dans les centrales à charbon. A ce jour, aucune des membranes en polymères testées à ce jour n’y était parvenue, notent les chercheurs.

Selon eux, cette membrane pourrait être appliquée à d’autres gaz, par exemple au méthane, en substituant l’anhydrase carbonique par des enzymes transformant ce gaz à effet de serre en méthanol.



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