Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la North Carolina State University ont démontré qu’il est possible de fabriquer des filtres de capture de dioxyde de carbone à l’aide de l’impression 3D. Plus précisément, ils ont imprimé un matériau hydrogel pouvant contenir de l’anhydrase carbonique, une enzyme qui accélère une réaction qui transforme le dioxyde de carbone et l’eau en bicarbonate.
Les résultats, publiés dans la revue Gélulessuggèrent que l’impression 3D pourrait être une méthode plus rapide et plus polyvalente pour concevoir des filtres.
« Ce processus de fabrication, utilisant l’impression 3D, rend tout plus rapide et plus précis », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jialong Shen, professeur assistant de recherche en ingénierie textile, chimie et science à NC State. « Si vous avez accès à une imprimante et aux matières premières, vous pouvez fabriquer ce matériau fonctionnel. »
Dans l’étude, des chercheurs du NC State Wilson College of Textiles ont mélangé une solution contenant deux composés organiques différents – ou « l’encre » d’impression – et une enzyme appelée anhydrase carbonique. Les chercheurs ont ensuite imprimé des filaments filamenteux de l’hydrogel dans une grille bidimensionnelle tout en solidifiant la solution avec de la lumière UV au fur et à mesure de son impression.
« Nous avons formulé l’hydrogel d’une manière qui serait mécaniquement suffisamment solide pour être imprimé en 3D, et également extrudé en un filament continu », a déclaré Shen. « L’inspiration derrière notre conception était nos propres cellules, qui contiennent des enzymes emballées dans des espaces compartimentés, remplis d’un fluide. Ce type d’environnement est bon pour aider les enzymes à faire leur travail. »
Les chercheurs ont testé les propriétés du matériau pour comprendre dans quelle mesure il se plie et se tord, et ont étudié les performances de capture du carbone du filtre. Dans une expérience à petite échelle, ils ont découvert que le filtre capturait 24 % du dioxyde de carbone dans un mélange gazeux. Bien que le taux de capture soit inférieur à ce qu’ils ont atteint dans les conceptions précédentes, le filtre mesurait moins d’un pouce (2 centimètres) de diamètre, et il pouvait être agrandi et dans différentes formes modulaires afin de les empiler dans une grande colonne. . Cela pourrait augmenter l’efficacité de la capture, ont déclaré les chercheurs.
« Afin d’obtenir un taux de capture plus élevé, nous aurions besoin d’agrandir le diamètre du filtre ou d’empiler plus de filtres les uns sur les autres », a déclaré Shen. « Nous ne pensons pas que ce soit un problème; il s’agissait d’un test initial à petite échelle pour faciliter les tests. »
Les chercheurs ont également testé la durabilité de la filtration du matériau et ont découvert qu’il conservait 52 % de ses performances initiales de capture du carbone après plus de 1 000 heures.
« Ce travail n’en est encore qu’à ses débuts, mais nos découvertes suggèrent qu’il existe de nouvelles façons de fabriquer des matériaux pour les dispositifs de capture du carbone », a déclaré Sonja Salmon, co-auteure correspondante de l’étude, professeure agrégée d’ingénierie textile, de chimie et de science à NC State. « Nous offrons de l’espoir pour la capture du carbone. »
