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Exploiter la lumière du soleil pour lutter contre le réchauffement climatique

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Exploiter la lumière du soleil pour lutter contre le réchauffement climatique

Dans le nouveau procédé, l’air est dirigé à travers un liquide pour capter le dioxyde de carbone. Si le liquide est irradié par la lumière, des gaz à effet de serre sont à nouveau libérés et peuvent être collectés. crédit:
ETH Zurich

Pour atténuer le réchauffement climatique, des réductions significatives des émissions de gaz à effet de serre sont nécessaires. Cela inclut l’élimination progressive des combustibles fossiles et l’adoption de technologies économes en énergie.

Cependant, la simple réduction des émissions ne suffit pas pour atteindre les objectifs climatiques. Il est également important d’éliminer de grandes quantités de dioxyde de carbone de l’atmosphère, de le stocker sous terre ou de le réutiliser dans l’industrie comme matériau neutre en carbone. Bien que les technologies actuelles de captage du carbone soient efficaces, elles sont gourmandes en énergie et coûteuses.

C'est pourquoi des chercheurs de l'ETH Zurich développent une nouvelle méthode utilisant la lumière. Grâce à ce procédé, à l’avenir, l’énergie nécessaire à la séquestration du carbone proviendra du soleil.

Interrupteur d'acide contrôlé par la lumière

Sous la direction de Maria Lukatskaya, professeur de systèmes énergétiques électrochimiques, les scientifiques exploitent le fait que dans les liquides aqueux acides, le CO2 Existe sous forme de CO2Mais dans les liquides aqueux alcalins, il réagit pour former des sels carboniques. aigreConnus sous le nom de carbonates. Cette réaction chimique est réversible. L'acidité d'un liquide détermine s'il contient du dioxyde de carbone2 Ou du carbonate.

Pour modifier l'acidité du liquide, les chercheurs ont ajouté des molécules appelées photoacides, qui réagissent avec la lumière. Si ce liquide est irradié par la lumière, les molécules le rendent acide. Dans l’obscurité, il revient à son état d’origine, rendant le liquide plus alcalin.

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Voici comment fonctionne en détail la méthode des chercheurs de l'ETH : les chercheurs séparent le dioxyde de carbone2 De l'air en faisant passer l'air à travers un liquide contenant des photoacides dans l'obscurité. Puisque ce liquide est alcalin, le dioxyde de carbone2 Il réagit et forme un carbonate. Une fois que les sels présents dans le liquide s’accumulent à un degré significatif, les chercheurs irradient le liquide avec de la lumière. Cela le rend acide et les carbonates se transforment en dioxyde de carbone2. Entreprise2 Des bulles émergent du liquide, comme dans une bouteille de Coca-Cola, et peuvent être collectées dans des réservoirs de gaz. Quand il n’y a pratiquement pas de CO2 Lorsqu'ils sont laissés dans le liquide, les chercheurs éteignent la lumière et le cycle recommence, le liquide étant prêt à capter le dioxyde de carbone.2.

Tout dépend du mélange

Mais en pratique, il y avait un problème : les photoacides utilisés étaient instables dans l’eau. « Au cours de nos premières expériences, nous avons réalisé que les molécules se décomposeraient au bout d'une journée », explique Anna de Vries, doctorante du groupe de Lukatskaya et auteur principal de l'étude.

Lukatskaya, de Vries et leurs collègues ont donc analysé la décomposition de la molécule. Ils ont résolu le problème en effectuant leur réaction non pas dans l’eau mais dans un mélange d’eau et d’un solvant organique. Les scientifiques ont pu déterminer le rapport optimal de deux liquides grâce à des expériences en laboratoire et ont pu expliquer leurs résultats grâce à des modèles de calcul menés par des chercheurs de l'Université de la Sorbonne à Paris.

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D'une part, ce mélange leur a permis de maintenir les molécules photoacides stables en solution pendant environ un mois. D’un autre côté, cela garantissait que la lumière pouvait être utilisée pour faire basculer la solution selon les besoins entre l’acide et l’alcalin. Si les chercheurs utilisaient le solvant organique sans eau, la réaction serait irréversible.

Passer le chauffage

D’autres processus de captage du carbone sont également cycliques. Une méthode approuvée fonctionne avec des filtres qui collectent le dioxyde de carbone2 molécules à température ambiante. Pour éliminer le dioxyde de carbone plus tard2 Parmi les filtres, ils doivent être chauffés à environ 100 degrés ° C. Cependant, le chauffage et le refroidissement sont énergivores : ils représentent la plus grande part de l’énergie requise par la méthode de filtration. « En revanche, notre processus ne nécessite ni chauffage ni refroidissement, il nécessite donc beaucoup moins d'énergie », explique Lukatskaya. De plus, la nouvelle méthode des chercheurs de l'ETH pourrait potentiellement fonctionner uniquement avec la lumière du soleil.

« Un autre aspect intéressant de notre système est que nous pouvons passer d'alcalin à acide en quelques secondes et revenir à alcalin en quelques minutes. Cela nous permet de basculer entre la capture et la libération du carbone beaucoup plus rapidement qu'avec un système basé sur la température », explique de Vries. . .

Grâce à cette étude, les chercheurs ont montré que les photoacides pouvaient être utilisés en laboratoire pour capter le dioxyde de carbone.2. Leur prochaine étape sur la voie de la maturité commerciale consistera à augmenter la stabilité des molécules photoacides. Ils doivent également vérifier les paramètres de l’ensemble du processus pour l’améliorer encore.

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Référence : « Photoacide contrôlé par solvant comme commutateur de pH stable et dépendant de la lumière pour la capture et la libération du dioxyde de carbone » par Anna de Vries, Katerina Goloviznina, Manuel Reiter, Matteo Salan et Maria R. Loukatskaïa, 20 décembre 2023, Chimie des matériaux.
est ce que je: 10.1021/acs.chemmater.3c02435

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Le rover Perseverance observe la pale de rotor remorquée d'un hélicoptère Ingenuity à la surface de Mars (photos)

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Le rover Perseverance observe la pale de rotor remorquée d'un hélicoptère Ingenuity à la surface de Mars (photos)

La lame était cassée, toujours non forgée, et a été retrouvée sur Mars.

Des passionnés de l'espace examinant des images brutes du rover Perseverance de la NASA ont récemment découvert la pale d'hélicoptère cassée d'Ingenuity gisant dans le sable martien. Ingenuity a été définitivement cloué au sol à la suite de l'accident de perte de pale, un atterrissage difficile survenu à la fin de son vol le 18 janvier.

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L'épaisseur de la croûte de glace révèle la température de l'eau sur les mondes océaniques

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Les astrobiologistes de l'Université Cornell ont mis au point une nouvelle façon de déterminer la température des océans sur des mondes lointains en fonction de l'épaisseur de leurs coquilles de glace, réalisant ainsi efficacement une océanographie depuis l'espace.

Les données disponibles montrant la variation de l'épaisseur de la glace permettent déjà de prédire la partie supérieure de l'océan d'Encelade, l'une des lunes de Saturne, et l'étude orbitale prévue par la NASA sur la croûte glacée d'Europe devrait faire de même pour la lune jovienne, beaucoup plus grande, renforçant ainsi les conclusions de la mission quant à savoir si elle pourrait soutenir la vie. .

Les chercheurs suggèrent qu'un processus appelé « pompage de glace », qu'ils ont observé sous les plates-formes de glace de l'Antarctique, a probablement formé la face inférieure des coquilles glacées d'Europe et d'Encelade, mais doit également être à l'œuvre sur Ganymède et Titan, qui sont de grandes lunes de Jupiter et Saturne. successivement. Ils ont montré que les plages de températures dans lesquelles la glace et les océans interagissent – ​​des régions importantes où des composants de la vie peuvent être échangés – peuvent être calculées en fonction de la pente de la croûte de glace et des changements du point de congélation de l’eau à différentes pressions et salinités.

« Si nous pouvons mesurer le changement d'épaisseur de ces coquilles de glace, nous pourrons obtenir des contraintes de température dans les océans, ce qu'il n'y a pas d'autre moyen de faire sans les percer », a déclaré Brittney Schmidt, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique. . Sciences de la Terre et de l'atmosphère. « Cela nous donne un autre outil pour essayer de comprendre le fonctionnement de ces océans. La grande question est : les choses y vivent-elles, ou peuvent-elles y vivre ? »

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Avec les membres actuels et anciens du Planetary Habitability and Technology Laboratory, Schmidt a co-écrit le livre « Ice-Ocean Interactions on Ocean Worlds Affecting the Topography of Ice Shells », publié dans la revue Journal de recherche géophysique : Planètes.

En 2019, à l'aide du robot télécommandé Icefin, l'équipe de Schmidt a observé de la glace pompée dans une fissure au fond de la plate-forme de glace de Ross, en Antarctique.

Les chercheurs ont cartographié les plages d'épaisseur, de pression et de salinité possibles de la croûte pour les mondes océaniques avec une gravité variable, et ont conclu que le pompage de glace se produirait dans les scénarios les plus probables, mais pas dans tous les scénarios. Ils ont découvert que les interactions entre la glace et les océans sur Europe pourraient être similaires à celles observées sous la plate-forme de glace de Ross, preuve que ces régions pourraient être parmi les plus semblables à la Terre sur des mondes extraterrestres, a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center. . d'astrophysique et de sciences planétaires et responsable de programme chez Honeybee Robotics.

La sonde Cassini de la NASA a produit suffisamment de données pour prédire la plage de température de l'océan d'Encelade, en fonction de l'inclinaison de sa croûte de glace des pôles à l'équateur : -1 095°C à -1 272°C. Connaître les températures permet de comprendre comment la chaleur circule dans les océans et comment elle se propage, affectant l'habitabilité.

Les chercheurs s'attendent à ce que le pompage de glace soit faible sur Encelade, une petite lune (aussi large que l'Arizona) avec une topographie spectaculaire, tandis que sur Europe plus grande – qui a à peu près la taille de la lune terrestre – ils s'attendent à ce qu'il fonctionne rapidement pour ramollir et aplatir la croûte glacée. . un socle.

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Ce travail montre comment la recherche sur le changement climatique sur Terre peut également bénéficier à la science planétaire, a déclaré Schmidt, c'est pourquoi la NASA a soutenu le développement d'ICEVEN.

« Il existe une relation entre la forme de la croûte de glace et la température de l'océan », a déclaré Schmidt. « C'est une nouvelle façon d'obtenir plus d'informations à partir des mesures de la croûte de glace que nous espérons pouvoir obtenir pour Europe et d'autres mondes. »

La recherche a été soutenue par les futurs chercheurs du programme FIESST (Earth and Space Science and Technology) de la NASA et par la National Science Foundation.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation planétaire

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Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

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Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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