L’ORNL améliore l’absorption du dioxyde de carbone grâce à l’impression 3D

Au Oak Ridge National Laboratory (ORNL), la fabrication additive prouve quotidiennement son utilité : une équipe de chercheurs vient de dévoiler sa dernière réalisation, un dispositif imprimé en 3D capable de mieux absorber la quantité de CO2 produite par les centrales à combustion fossile. Concrètement, celui-ci combine un échangeur de chaleur et un contact à échange de masse et intègre des canaux de refroidissement pour améliorer l’échange de chaleur. L’appareil imprimé en 3D en aluminium pourrait contribuer à la diminution des émissions de gaz à effet de serre : les tests réalisés par les chercheurs montrent que jusqu’à 20% du CO2 émis par les centrales peuvent être absorbés par le dispositif. 

Ce n’est pas la première fois que l’ORNL se penche sur la production d’outils plus puissants quand il s’agit d’énergie et d’environnement. L’année dernière, le laboratoire avait participé à un projet de création d’un échangeur de chaleur imprimé en 3D super contact, capable d’augmenter l’efficacité des cycles thermiques. Cette fois, l’ORNL combine cette fonction avec un contacteur à échange de masse et conçoit un dispositif multi-fonctionnel d’absorption du CO2. Les chercheurs ont imprimé un premier prototype de 20,3 centimètres de diamètre et 14,6 centimètres de hauteur, avec une capacité volumétrique totale de 0,6 litre. C’est l’aluminium qui a été retenu pour la fabrication de par ses propriétés comme sa conductivité thermique élevée et sa résistance structurelle. Lonnie Love, chercheur à l’ORNL, précise :  “Le dispositif peut être fabriqué avec d’autres matériaux, tels que les nouveaux polymères et métaux à haute conductivité thermique. Les méthodes de fabrication additive comme l’impression 3D sont souvent rentables dans le temps car l’impression d’une pièce demande moins d’efforts et d’énergie que les méthodes de fabrication traditionnelles.” 

Pourquoi l’ORNL se tourne-t-il vers l’impression 3D ?

Au delà de la rentabilité évoquée ci-dessus, l’ORNL a choisi la fabrication additive pour plusieurs raisons. Tout d’abord, il faut savoir que les procédés classiques d’absorption du CO2 ont généralement recours à un solvant. Or, quand ce dernier réagit avec le gaz, la température augmente considérablement, diminuant l’efficacité globale du processus. Le contrôle de cette réaction étant assez difficile, les résultats escomptés ne sont pas toujours au rendez-vous. C’est là que l’impression 3D devient intéressante : capable de concevoir des formes plus complexes personnalisées, elle a été utilisée dans notre cas pour imaginer des canaux de refroidissement internes afin de réduire l’augmentation de la température causée par la réaction du solvant au gaz. Les chercheurs expliquent qu’ils ont ainsi pu produire une structure en une seule fois au lieu d’avoir de multiples assemblages complexes.  Xin Sun, chercheur principal du projet, ajoute : “Avant la conception de notre dispositif imprimé en 3D, il était difficile de mettre en œuvre un concept d’échangeur de chaleur dans la colonne d’absorption du CO2 en raison de la géométrie complexe des éléments de garnissage de la colonne. Avec l’impression 3D, l’échangeur de masse et l’échangeur de chaleur peuvent coexister dans un seul dispositif multifonctionnel et intensifié.”

L’équipe aurait donc imaginé un prototype imprimé 3D qu’il a fallu tester. Il a été installé dans une colonne d’absorption de 2,06 m de haut et 20,3 cm de diamètre. Le solvant aurait été chauffé à 70°C pour accélérer le processus et l’ont pompé dans la colonne de haut en bas. Les résultats se sont avérés concluants : le dispositif imprimé en 3D absorberait bien mieux le CO2 que les solutions actuelles. Le taux d’absorption maximum pour l’instant obtenu serait de 20%. Xin Sun poursuit : “Le succès de ce dispositif intensifié imprimé en 3D représente une opportunité sans précédent d’améliorer encore l’efficacité de l’absorption du dioxyde de carbone et démontre la preuve du concept.”

Les chercheurs précisent qu’il reste encore beaucoup de travail à faire autour de ce projet. Ils souhaitent dans un premier temps optimiser les conditions de fonctionnement ainsi que la géométrie du dispositif pour améliorer l’absorption du carbone. Vous pouvez retrouver davantage d’informations sur le projet ICI.

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