Une nouvelle méthode transforme le CO₂ en matériaux de construction solides et résistants au feu

Une nouvelle méthode inspirée des récifs coralliens peut capturer le dioxyde de carbone de l’atmosphère et la transformer en matériaux de construction durables et résistants au feu, offrant une solution prometteuse pour la construction négative du carbone.

L’approche, développée par des chercheurs de l’USC et détaillée dans une étude publiée dans NPJ Advanced Manufacturings’inspire de l’océan récifs coralliens«Capacité naturelle à créer des structures robustes en séquestrant le dioxyde de carbone. Les composites minéraux-polymère résultants présentent une résistance mécanique extraordinaire, une ténacité à la fracture et des capacités de résistance aux incendies.

« Il s’agit d’une étape centrale dans l’évolution de la conversion du dioxyde de carbone », a déclaré Qiming Wang, professeur agrégé de génie civil et environnemental à la USC Viterbi School of Engineering. « Contrairement à la traditionnelle capture de carbone Technologies qui se concentrent sur le stockage du dioxyde de carbone ou la convertissage en substances liquides, nous avons constaté que ce nouveau processus de fabrication électrochimique convertit le composé chimique en minéraux de carbonate de calcium dans des échafaudages en polymère imprimés en 3D. « 

Inspiration des récifs coralliens

Les technologies de capture de carbone existantes se concentrent généralement sur le stockage du dioxyde de carbone ou la conversion en substances liquides. Cependant, cela est généralement coûteux et inefficace. Cette nouvelle méthode offre une solution moins coûteuse en intégrant la capture du carbone directement dans les matériaux de construction.

Wang a attribué la « magie du corail océan » comme fondamental à la percée de l’étude. « En tant qu’organisme, le corail peut utiliser la photosynthèse pour capturer le dioxyde de carbone de l’atmosphère et le convertir en structure », a déclaré Wang.

La méthode a été directement inspirée par la façon dont le corail crée ses structures squelettiques d’aragonite, appelées corallites. Dans la nature, le corail construit des corallites à travers un processus appelé biominéralisation, dans lequel le corail séquestre le dioxyde de carbone de l’atmosphère par le processus de photosynthèse. Il combine ensuite le composé chimique avec ions calcium de l’eau de mer pour précipiter les minéraux de calcium autour des modèles organiques.

L’équipe de recherche a reproduit ce processus en créant des échafaudages en polymère imprimés en 3D qui imitaient les modèles organiques de Coral. Ils les ont ensuite enduits d’une fine couche conductrice. Ces structures revêtues ont ensuite été connectées à des circuits électrochimiques sous forme de cathodes et immergés dans une solution de chlorure de calcium.

Lorsque du dioxyde de carbone a été ajouté à la solution, il a subi une hydrolyse pour être décomposé en ions bicarbonate. Ces ions ont réagi avec le calcium dans la solution pour former du carbonate de calcium, qui a progressivement rempli les pores imprimés en 3D. Cela a abouti au produit final, un composite minéral-polymère dense.

Résistance au feu

Le trait le plus surprenant du matériau composite expérimental peut être sa réaction au feu. Alors que les échafaudages en polymère imprimées en 3D manquent de propriétés inhérentes à l’incendie, les composites minéralisés intégrité structurelle Sous les tests de flamme expérimentaux de l’équipe de recherche.

« La méthode de fabrication a révélé un mécanisme naturel de suppression du feu de 30 minutes d’exposition directe à la flamme », a déclaré Wang. « Lorsqu’elles sont exposées à des températures élevées, les minéraux de carbonate de calcium libèrent de petites quantités de dioxyde de carbone qui semblent avoir un effet de mise en feu. Cette caractéristique de sécurité intégrée offre des avantages importants pour les applications de construction et d’ingénierie où la résistance au feu est critique. »

En plus de la résistance au feu, les structures fabriquées en fissure peuvent être réparées en les connectant à l’électricité à basse tension. Les réactions électrochimiques peuvent rejoindre les interfaces fissurées et restaurer la résistance mécanique.

Avenir en carbone négatif

Après une évaluation rigoureuse du cycle de vie, les chercheurs ont constaté que les structures fabriquées comportaient une empreinte carbone négative, révélant que la capture du carbone dépassait les émissions de carbone associées à la fabrication et aux opérations.

Les chercheurs ont également démontré comment les composites fabriqués pourraient être assemblés en structures plus grandes en utilisant une approche modulaire, créant des structures de charge à grande échelle; Les matériaux composites pourraient potentiellement être utilisés dans la construction et d’autres applications nécessitant une résistance mécanique élevée.

Wang a déclaré que les chercheurs prévoyaient de se concentrer sur la commercialisation de la technologie brevetée. Avec matériaux de construction et la construction responsable d’environ 11% des émissions de carbonela nouvelle méthode de fabrication de l’étude jette les bases de la possibilité de bâtiments négatifs en carbone.