Des scientifiques de l'ETH Zurich ont développé des billes de protéines biodégradables fabriquées à partir de déchets de l'industrie laitière et de la production de tofu, capables de capturer le dioxyde de carbone directement dans l'atmosphère. Ce matériau innovant, décrit dans la revue Nature Reviews Materials, offre une alternative plus efficace et plus respectueuse de l'environnement à de nombreuses technologies de capture du carbone existantes. En transformant des sous-produits de l'industrie alimentaire en un outil de lutte contre le changement climatique, les chercheurs ont démontré une approche créative face à deux défis environnementaux urgents simultanément.
Les billes sont produites selon un procédé en plusieurs étapes qui commence par l'extraction de protéines du lactosérum, un sous-produit liquide de la fabrication du fromage, et des eaux usées générées lors de la production de tofu. Les chercheurs ont assemblé ces protéines extraites en structures appelées fibrilles amyloïdes, des formations longues et filamenteuses dotées d'une remarquable stabilité structurelle. Les fibrilles ont ensuite été combinées avec de l'hydroxyde de potassium et transformées en billes poreuses mesurant entre 0,5 et 1 centimètre de diamètre. Le matériau obtenu ressemble à de petites éponges capables d'absorber le dioxyde de carbone de l'air ambiant.
Lors des tests en laboratoire, les billes ont démontré des performances impressionnantes. Un gramme de matériau a capturé 97 milligrammes de dioxyde de carbone de l'air ambiant, un taux qui se compare favorablement à de nombreuses solutions de capture du carbone disponibles dans le commerce. L'hydroxyde de potassium intégré dans la structure des billes réagit avec le CO2 atmosphérique, le piégeant dans le réseau poreux. Ce qui rend cette approche particulièrement prometteuse, c'est que les billes libèrent le dioxyde de carbone capturé à température ambiante, contrairement à de nombreux systèmes de capture conventionnels qui nécessitent des processus de chauffage énergivores pour régénérer le matériau d'absorption.
Le mécanisme de libération à température ambiante représente un avantage significatif par rapport aux technologies existantes. Les systèmes traditionnels de capture du carbone nécessitent souvent de chauffer les matériaux à plusieurs centaines de degrés Celsius pour libérer le CO2 piégé, consommant des quantités considérables d'énergie et compensant partiellement les bénéfices environnementaux de la capture du carbone. Les billes de l'ETH Zurich contournent entièrement ce goulot d'étranglement énergétique, rendant potentiellement la technologie bien plus pratique et rentable pour un déploiement à grande échelle dans des environnements industriels et commerciaux.
Les chercheurs ont souligné que la technologie est conçue pour être extensible dès le départ. Le procédé de fabrication par pulvérisation utilisé pour former les billes est compatible avec les techniques de production industrielle existantes, ce qui signifie que les usines pourraient potentiellement adopter la technologie sans nécessiter une infrastructure de fabrication entièrement nouvelle. De plus, comme les billes sont biodégradables, elles ne créent pas les flux de déchets persistants associés aux matériaux de capture du carbone synthétiques, qui reposent souvent sur des polymères dérivés du pétrole persistant dans l'environnement pendant des décennies.
Ce développement représente un exemple convaincant de pensée en économie circulaire, dans laquelle les déchets d'une industrie deviennent une ressource précieuse pour une autre. Les industries mondiales du lait et du tofu génèrent des millions de tonnes d'eaux usées riches en protéines chaque année, dont une grande partie entre actuellement dans des systèmes de traitement des déchets ou est rejetée dans l'environnement. En canalisant ces sous-produits vers des matériaux de capture du carbone, l'équipe de l'ETH Zurich a identifié une voie qui pourrait simultanément réduire les déchets de l'industrie alimentaire, abaisser les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique et fournir un produit économiquement viable pour le marché croissant de la capture du carbone.
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