Quel rôle jouent les matériaux adsorbants dans la capture du CO2 et leur impact environnemental ?

L’adsorption du dioxyde de carbone (CO2) représente un domaine crucial dans les technologies de capture et de stockage du carbone, visant à atténuer l'augmentation des émissions de CO2 responsables du changement climatique. Ces matériaux sont conçus pour capturer les molécules de CO2 provenant des gaz de cheminée industriels, du traitement du gaz naturel et d'autres sources d’émissions. La technologie de capture et de stockage du carbone (CSC) offre un moyen de réduire directement les émissions à leur origine, en capturant le CO2 émis par les sources ponctuelles, tout en éliminant d’autres polluants et en réduisant le coût social du carbone. Elle joue ainsi un rôle important dans le lien entre la dégradation environnementale et les efforts de durabilité, en contribuant à la décarbonation. Cependant, malgré ses avantages potentiels dans la réduction des émissions de CO2, des préoccupations persistent concernant les risques environnementaux et les conséquences économiques.

Les mécanismes de capture du CO2 varient, allant de l’adsorption physique, où les molécules de CO2 adhèrent à la surface du matériau par de faibles forces intermoléculaires, à l’adsorption chimique, qui implique des liaisons covalentes entre le CO2 et des groupes fonctionnels du matériau. L'utilisation de matériaux poreux pour l'adsorption physique du CO2 (physisorption) est une alternative intéressante en raison de sa nature propre et réversible, avec des exigences énergétiques inférieures par rapport aux méthodes classiques de lavage, en raison de l'enthalpie d'adsorption réduite. Les applications industrielles de la sorption des gaz sur des adsorbants, telles que la séparation de l'oxygène et de l’azote, ont largement résolu les défis techniques liés à l'ingénierie.

Récemment, l’accent a été mis sur la recherche de matériaux nanoporeux adaptés à une adsorption efficace du CO2, notamment des matériaux à base de carbone, des structures métalliques organiques (MOFs), des zéolites, des cadres d’imidazoles zéolithiques, de la silice poreuse, et leurs combinaisons. Bien que de nombreux travaux se concentrent sur la maximisation de la capacité d'adsorption du CO2 par unité de poids et de volume à des pressions élevées, les matériaux conçus pour capturer spécifiquement le CO2 doivent également répondre à des critères supplémentaires. Ceux-ci incluent une forte sélectivité du CO2 par rapport aux autres gaz, une capacité d’adsorption et de régénération significative, une régénération sous des conditions modérées de pression ou de température, une stabilité durable contre les impuretés et l'humidité, ainsi qu'une vitesse d'adsorption rapide.

L’accent mis sur la régénération éconergétique des matériaux est essentiel, mais il convient également de prioriser la sélectivité élevée et la capacité opérationnelle pour remplacer les méthodes de lavage coûteuses à base d’amines ou de distillation cryogénique par des méthodes d'adsorption à surface solide. Bien que des progrès considérables aient été réalisés dans la personnalisation des matériaux poreux pour une capture sélective du CO2 par physisorption, atteindre une capture compétitive du CO2 atmosphérique reste un objectif difficile. Le passage à des méthodologies multi-cycles plus adaptables, caractérisées par des matériaux nanoporeux, semble essentiel, car ces derniers offrent le potentiel de s’adapter à des exigences de régénération modérées tout en maintenant une sélectivité élevée et une capacité d'adsorption importante. Cependant, bien que des avancées notables aient été réalisées dans ce domaine, des efforts supplémentaires sont nécessaires. En particulier, il convient de souligner que, bien que la capacité de sorption ait reçu une attention significative, la sélectivité de la sorption, bien que cruciale pour l’implémentation pratique, reçoit souvent moins d’attention. Cela met en évidence la nécessité d'une exploration et d'une innovation soutenues dans ce domaine.

En outre, l'intégration de considérations de rentabilité et de durabilité dans le développement de ces matériaux est indispensable pour garantir leur faisabilité et leur intégrité environnementale dans les applications réelles. Dans un processus cyclique, l’écart entre l’adsorption et les conditions de régénération revêt une plus grande importance que l’atteinte d’une capacité élevée à des pressions ou des températures élevées. Idéalement, une isotherme d’adsorption du CO2 présentant une courbure plus convexe ou ascendante est préférée. Lorsqu’un tel processus cyclique est guidé par des changements de température, une enthalpie de sorption apparente élevée reste un avantage. Un autre facteur critique dans la cinétique d'adsorption et la diffusion dans les pores est la vitesse d’adsorption. Dans les pores de taille proche du diamètre cinétique, l’adsorption du CO2 et le remplissage de tout l’espace poreux tendent à ralentir de manière significative, un phénomène bien documenté, en particulier dans les pores étroits des zéolites utilisées dans les processus de filtration des gaz et catalytiques. Les efforts pour résoudre ce problème consistent généralement à introduire des pores de transport supplémentaires. Cependant, il est important de reconnaître que, bien que ces pores supplémentaires augmentent la surface et favorisent le transport, ils peuvent simultanément réduire la sélectivité en matière de capture sélective du CO2.

Dans les pratiques industrielles, l'utilisation des amines pour la capture du CO2 reste prédominante ; cependant, le processus de régénération implique des températures élevées et des exigences énergétiques considérables durant chaque cycle d’adsorption/desorption, entraînant des pertes de matériaux. Pour atténuer ces limitations, des efforts importants ont été consacrés au développement d’amines solides caractérisées par une capacité de capture élevée et une stabilité, en tant qu’adsorbants alternatifs. Malgré leur potentiel, il subsiste une lacune cruciale dans l’évaluation exhaustive des impacts environnementaux associés à ces adsorbants. De plus, la synthèse et la consommation de ces matériaux sont étroitement liées aux émissions de CO2, soulignant la nécessité d’une approche plus holistique pour évaluer la durabilité des technologies de capture du CO2.

L’évaluation du cycle de vie (ECV) des adsorbants du CO2 sert de cadre analytique essentiel pour évaluer les effets environnementaux des techniques de capture du CO2. Dans une ère où l'atténuation du changement climatique est essentielle, comprendre les implications environnementales des différentes méthodes de capture du CO2 est crucial pour une prise de décision éclairée. L’ECV des adsorbants du CO2 comprend une évaluation approfondie de leur cycle de vie complet, de l’extraction des matières premières à leur fabrication, utilisation et, finalement, leur élimination ou recyclage. Cette approche globale permet aux chercheurs et aux décideurs de repérer les points chauds environnementaux potentiels et d’optimiser les processus tout en minimisant leur impact écologique.

Comment les systèmes de tarification du carbone peuvent-ils réduire les émissions de gaz à effet de serre ?

Les systèmes de tarification du carbone, tels que la taxe carbone et les systèmes de plafonnement et d'échange (cap-and-trade), sont des mécanismes économiques destinés à limiter les émissions de gaz à effet de serre (GES). En imposant un prix sur les émissions de carbone, ces systèmes incitent les entreprises à adopter des technologies plus propres et à réduire leur empreinte carbone. Toutefois, leur efficacité dépend largement de leur conception, de leur mise en œuvre et de la manière dont les revenus générés sont utilisés.

La taxe carbone : un incitatif financier pour réduire les émissions

La taxe carbone consiste à imposer un prélèvement sur les émissions de carbone produites par la combustion de combustibles fossiles. Cette taxe crée un incitatif financier pour les entreprises à adopter des technologies moins polluantes. En théorie, plus la taxe est élevée, plus les entreprises auront de raisons d’investir dans des solutions écoénergétiques, comme les énergies renouvelables ou les technologies de capture du carbone. Cependant, il existe un défi majeur : déterminer le bon niveau de la taxe. Une taxe trop faible peut ne pas inciter suffisamment à la réduction des émissions, tandis qu’une taxe trop élevée pourrait ralentir la croissance économique et rendre certains secteurs moins compétitifs à l’échelle mondiale.

En outre, la taxe carbone a des implications sociales. Elle peut affecter de manière disproportionnée les ménages à faible revenu, qui ne peuvent pas se permettre de financer des solutions pour réduire leur consommation énergétique. L’impact sur les coûts de la vie, en particulier pour les populations vulnérables, doit donc être pris en compte lors de la définition du montant de la taxe. Cependant, certains économistes suggèrent que les recettes générées par la taxe pourraient être utilisées pour compenser ces coûts, par exemple, en finançant des programmes de soutien aux ménages à faibles revenus ou en réduisant d'autres impôts.

Un autre aspect important de la taxe carbone est sa capacité à générer des revenus pour l'État. Ces revenus peuvent être réinvestis dans des projets d'énergie renouvelable, la réduction d'autres impôts, ou même la réduction de la dette nationale. Un prix du carbone clairement défini donne aux entreprises la possibilité de planifier leurs investissements dans les technologies propres, en sachant à quoi s'attendre à long terme. De plus, en incluant une grande variété de sources d’émissions dans le calcul de la taxe, comme l'extraction et la consommation de combustibles fossiles, cette approche a l’avantage d’être relativement simple à mettre en œuvre.

Les systèmes de plafonnement et d’échange : flexibilité et limites

Les systèmes de plafonnement et d'échange (ou « cap-and-trade ») fonctionnent différemment. Le gouvernement fixe un plafond global sur les émissions de carbone autorisées, puis attribue un certain nombre de permis d'émission à chaque entreprise. Ces permis peuvent être achetés et vendus sur un marché, offrant ainsi une certaine flexibilité aux entreprises. Si une entreprise réussit à réduire ses émissions au-delà de son quota, elle peut vendre ses permis excédentaires. Cela encourage les entreprises à innover et à réduire leurs émissions de manière rentable.

L'un des avantages du système de plafonnement et d'échange est sa prévisibilité. Le plafond d'émission est progressivement abaissé, ce qui permet une réduction progressive des émissions au fil du temps. Ce système est également plus flexible que la taxe carbone, car il permet aux entreprises de choisir entre réduire leurs propres émissions ou acheter des permis d’émission auprès d’autres entreprises. Cependant, ce système peut présenter des défis complexes en matière de gestion. Par exemple, la distribution des permis (gratuits ou via des enchères) peut avoir un impact majeur sur l’efficacité et l’équité du système. En outre, le prix des permis d'émission peut fluctuer, rendant difficile pour les entreprises de planifier leurs investissements à long terme.

Le rôle de la compensation des émissions

La compensation des émissions, quant à elle, offre une solution complémentaire aux systèmes de tarification. Elle permet aux entreprises et aux individus de compenser leurs propres émissions en investissant dans des projets qui réduisent les émissions ailleurs. Cela inclut des initiatives telles que la reforestation, les projets d’énergie renouvelable ou la capture du méthane. Toutefois, la crédibilité de ces projets peut parfois poser problème, car il est difficile de vérifier leur efficacité réelle à long terme.

Une approche hybride : combiner la taxe carbone et les systèmes de plafonnement et d’échange

Certains pays ont adopté une approche hybride en combinant à la fois la taxe carbone et le système de plafonnement et d'échange. Cela permet de tirer parti des avantages des deux mécanismes tout en atténuant leurs inconvénients respectifs. Par exemple, la taxe carbone peut être utilisée pour fixer un prix de base sur le carbone, tandis que le système de plafonnement et d’échange pourrait permettre de fixer un objectif précis de réduction des émissions.

Cependant, ces systèmes de tarification ne sont pas exempts de défis. La mise en œuvre d’une taxe carbone ou d’un système de plafonnement et d’échange nécessite une gestion rigoureuse, une transparence et des mécanismes de suivi efficaces pour garantir leur succès. De plus, il est crucial de tenir compte des différences locales et sectorielles dans la mise en œuvre de ces mécanismes. Les secteurs comme l’agriculture ou l’industrie lourde peuvent être particulièrement vulnérables à des coûts supplémentaires liés à la réduction des émissions.

En résumé, bien que les systèmes de tarification du carbone soient des outils puissants pour lutter contre le changement climatique, leur efficacité dépend d’une mise en œuvre soignée et de l’ajustement des politiques économiques et sociales en fonction des spécificités locales et sectorielles.

Comment améliorer l'efficacité des adsorbants de CO2 à partir de montmorillonite et de matériaux organiques poreux ?

La montmorillonite, un minéral argileux naturel et abondant de type 2:1, a montré un potentiel intéressant en tant qu'adsorbant pour le CO2. Bien que sa capacité d'adsorption du CO2 soit relativement faible, environ 0.114 mmol/g, elle présente certains avantages, notamment en tant que matériau de base pour des modifications chimiques visant à améliorer ses propriétés d'adsorption. En effet, les recherches ont démontré que les traitements chimiques, comme l'activation acide ou la modification avec des agents tels que le triméthoxysilane aminopropyle, pouvaient augmenter la surface spécifique (SSA) de la montmorillonite et sa capacité à piéger le CO2. Ce processus est particulièrement pertinent dans le contexte de l'efficacité de captage du CO2, car une augmentation de la surface disponible et la création de sites de capture peuvent améliorer de manière significative la performance de l'adsorbeur.

Dans une étude menée par Roth et al., la montmorillonite traitée a montré une capacité d'adsorption du CO2 accrue, atteignant des valeurs significatives de capture lorsque la pression et la température étaient augmentées. Par exemple, une augmentation de la pression de 690 kPa à 2070 kPa a permis d'améliorer l'efficacité de retrait du CO2, passant de 8 % à 11.5 %, ce qui démontre l'importance des paramètres opératoires dans le processus d'adsorption. Les résultats ont aussi révélé que le temps de traitement est un facteur clé, et que des traitements plus longs (24 heures) conduisent à une meilleure affinité pour le CO2 que des traitements plus courts.

L'activation acide de la montmorillonite, qui consiste à traiter l'argile avec une solution d'HCl, a permis d'augmenter la surface spécifique de 39 à 202 m²/g et d'élargir le volume des pores de 0.05 à 0.31 cm³/g, améliorant ainsi son efficacité pour l'adsorption du CO2. De plus, l'effet de la température sur l'adsorption du CO2 a montré que les conditions optimales se situaient autour de 0°C, où la montmorillonite traitée pouvait atteindre une capacité d'adsorption maximale de 67.4 mg/g sous une pression de 5 bars.

Une autre approche intéressante pour améliorer l'efficacité des adsorbants de CO2 repose sur l'utilisation de matériaux organiques poreux (POP) et de structures hybrides organiques-métalliques (MOF). Les POPs, grâce à leur surface spécifique élevée, leur distribution uniforme des tailles de pores et leur coût relativement bas, sont des candidats prometteurs pour la capture du CO2. La possibilité de modifier leur structure, d'ajouter des atomes hétéroclites comme l'azote ou le soufre, et de fonctionnaliser leur surface permet d'améliorer leur affinité pour le CO2. Les interactions dipôle-quadrupôle, qui sont favorisées par la structure moléculaire symétrique du CO2, sont cruciales pour augmenter la capacité d'adsorption.

Les POPs basés sur la mélamine ont montré des résultats particulièrement intéressants pour la capture du CO2, en raison de la forte teneur en azote de la mélamine, qui favorise des interactions acide-base et des coordonnées chélation avec le CO2. Ces matériaux ont montré une porosité améliorée, avec des capacités d'adsorption de CO2 atteignant 7.78 mmol/g à 273 K et 1 bar, ainsi qu'une excellente sélectivité CO2/N2. Cela rend les POPs particulièrement efficaces pour des applications de séparation des gaz, un domaine clé dans la lutte contre les émissions de CO2.

Les conditions opérationnelles, telles que la température et la pression, jouent un rôle crucial dans le processus d'adsorption du CO2. Par exemple, dans le cas de la montmorillonite modifiée par NaOH, des tests ont révélé qu'une température optimale de 65°C et une pression de 1 bar permettaient d'obtenir une capacité d'adsorption de 105.55 mg/g. Il est également important de noter que la concentration d'acide et la quantité d'agent modifiant la structure de l'adsorbant influencent considérablement l'efficacité du processus.

Dans le domaine des matériaux poreux, l'optimisation de la synthèse et des conditions opératoires demeure essentielle. Cela inclut non seulement la sélection des agents modificateurs, mais aussi l'étude des interactions entre les différents paramètres. Les techniques de modélisation et d'optimisation, telles que la méthode de surface de réponse (RSM), sont utiles pour comprendre ces interactions complexes et identifier les conditions optimales pour une adsorption maximale.

Les progrès réalisés dans l'activation des matériaux argileux comme la montmorillonite et l'utilisation de matériaux organiques poreux pour la capture du CO2 ouvrent la voie à de nouvelles technologies de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Il est crucial de poursuivre les recherches sur les effets des traitements chimiques, des modifications de la structure poreuse et de l'optimisation des conditions d'opération afin de rendre ces technologies plus efficaces et rentables. Ces avancées sont d'autant plus pertinentes dans le cadre des politiques mondiales de lutte contre le changement climatique, où chaque innovation, aussi modeste soit-elle, peut avoir un impact significatif.

Comment les polymères microporeux peuvent-ils améliorer l'adsorption du CO2 ?

Les polymères microporeux intrinsèques (PIMs) constituent une classe innovante de macromolécules qui suscite depuis 2003 un intérêt croissant dans le domaine de la chimie des polymères, grâce aux travaux de Mckeown et Budd. Ces polymères se distinguent par leur structure amorphe et leurs pores, résultant de l'empilement inefficace des chaînes polymères non-réseautées, qui sont rigides et constrictes. Un élément clé dans la conception et la synthèse des PIMs est la capacité des chaînes polymères à être suffisamment rigides pour empêcher toute rotation le long de la chaîne. Typiquement, ces chaînes sont constituées de polymères aromatiques hétérocycliques en forme d'échelle. Si ces chaînes manquent de structure non-réseautée, elles peuvent se réarranger, ce qui entraîne l'effondrement de la structure poreuse.

Les premiers PIMs ont été créés en reliant des phthalocyanines ou des porphyrines à des groupes spirobisindane rigides, formant des structures microporeuses avec des surfaces spécifiques de 895 et 910 m²/g respectivement. Par la suite, Liebl et Senker ont synthétisé des réseaux de polyamides à base de triazine (TPI), présentant un excellent niveau de fonctionnalisation et un potentiel d'adsorption de CO2 remarquable. Le réseau polymère TPI-1, avec une surface BET de 809 m²/g, peut adsorber 2,45 mmol CO2/g à 273 K et 1 bar, tandis que TPI-7 affiche une excellente sélectivité de liaison (56) pour le CO2 par rapport à l'azote.

L'adsorption de CO2 dans les polymères dépend de plusieurs facteurs, y compris la solubilité du polymère dans divers solvants, qui influence la morphologie, la processabilité et l'efficacité du polymère dans la séparation des gaz. Par exemple, les polymères à base de thiazole ou de groupes thioéther ont montré une grande solubilité dans des solvants polaires comme le NMP, DMF, DMAc, DMSO et la pyridine à température ambiante. Ces solvants, en raison de leur polarité et de leur point d'ébullition élevé, ont un effet notable sur le processus de polymérisation, améliorant la formation de matériaux hautement poreux grâce à une réduction des enchevêtrements et à une augmentation du volume libre pendant la synthèse.

Il est également crucial de comprendre que l'effet des solvants n'est pas uniforme et dépend de la nature des groupes fonctionnels dans le polymère. Par exemple, les polymères contenant des groupes naphtyl, tels que PIM-7, PIM-8 et PIM-9, sont plus solubles dans des solvants moins polaires comme l'acétone ou le chloroforme, en raison de l'effet stérique des groupes naphtyl, qui séparent les chaînes polymères et perturbe l'ordre et l'efficacité de l'emballage compact. Cette solubilité influence directement la porosité et la capacité d'adsorption de CO2, ainsi que la sélectivité pour le CO2 par rapport à d'autres gaz comme le CH4 et le N2.

Les polymères microporeux conjugués (CMPs) représentent une autre classe de polymères avancés, caractérisés par un réseau conjugué étendu formé de multiples liaisons C–C ou d'anneaux aromatiques. Ces polymères présentent une structure poreuse et une surface spécifique élevée, ce qui les rend particulièrement efficaces pour l'adsorption de gaz comme le CO2. Un exemple de CMP est le poly(arylene ethynylene), qui a été synthétisé par Cooper et al. en 2007. Cette classe de polymères est particulièrement attrayante pour le stockage de CO2, grâce à sa capacité à former des réseaux tridimensionnels et à contrôler la surface spécifique et le volume des pores en ajustant la longueur de la colonne de monomères.

Les structures de polymères comme le PAF-1, synthétisées par la méthode de couplage Yamamoto, présentent des propriétés exceptionnelles en matière d'adsorption, avec une surface spécifique de 5640 m²/g et une capacité d'adsorption de CO2 de 1300 mg/g à 298 K et 40 bar. Ces polymères sont particulièrement adaptés au stockage du CO2, grâce à leur stabilité thermique et leur solubilité. Les recherches récentes ont permis d'augmenter encore la surface spécifique des polymères en substituant certains groupes aromatiques dans la structure du polymère, comme dans le cas du PPN-3, qui affiche une surface BET de 2840 m²/g.

Il est essentiel de noter que la sélectivité d'adsorption, c'est-à-dire la capacité du polymère à privilégier l'adsorption du CO2 par rapport à d'autres gaz comme le N2 ou le CH4, est influencée par la structure du polymère et la nature de ses groupes fonctionnels. Par exemple, les polymères avec une structure linéaire ou une disposition plus ordonnée des chaînes polymères, comme le PIM-4, présentent une sélectivité plus élevée pour le CO2. En revanche, des polymères tels que PIM-8 et PIM-9, dotés de groupes naphtyl encombrants, montrent une sélectivité plus faible en raison de l'augmentation de l'espace inter-chaînes et des effets stériques, réduisant ainsi l'interaction entre le gaz et le polymère.

Les recherches sur les polymères pour l'adsorption du CO2 ne se limitent pas à la simple synthèse de nouveaux matériaux. L'optimisation de la structure polymère, en fonction des caractéristiques des solvants, des groupes fonctionnels et de la configuration des chaînes polymères, joue un rôle crucial dans l'amélioration de la capacité d'adsorption et de la sélectivité. La compréhension de ces interactions complexes est fondamentale pour la conception de polymères plus efficaces pour la capture et le stockage du CO2, une technologie essentielle pour lutter contre les changements climatiques.

Interactions entre le CO2 et les cations des métaux alcalins dans les structures de zéolites

Les cations Li, Al et/ou Na des zéolites influencent la chaleur d'adsorption du CO2, où cette chaleur augmente avec l'élévation de la densité de charge monovalente. Les zéolites interagissent fortement avec les gaz ayant des moments quadrupolaires élevés, tels que le dioxyde de carbone (CO2), grâce au champ électrique produit par les cations présents dans leurs structures. L'efficacité des adsorbants à base de zéolite est influencée par plusieurs paramètres, notamment la structure et la composition du réseau, la forme des cations, la pureté, ainsi que la taille et la forme des molécules, sans oublier leur polarité moléculaire. Parmi les types de zéolites communément utilisés pour l'adsorption du CO2 figurent les zéolites A, X et Y, ainsi que des zéolites naturelles comme la chabazite, la clintopile, la ferrierite et la mordenite. Parmi celles-ci, la zéolite 13X et la chabazite se sont révélées être des adsorbants efficaces pour le dioxyde de carbone provenant de l'azote.

Récemment, des recherches ont porté sur le développement des adsorbants à base de zéolite, suivant deux axes principaux : (1) manipuler la composition et la structure du réseau de la zéolite, et (2) procéder à des échanges de cations. Des études ont démontré que les zéolites naturelles à haute teneur en sodium présentent une capacité d'adsorption du CO2 élevée. Par exemple, une étude de Harlick et Tezel a évalué différentes zéolites synthétiques, telles que 5A, 13X, NaY, ZSM-5, et HiSiV-3000, pour leur capacité d'adsorption du CO2 sous une pression variant de 0 à 1,5 bar. Les résultats ont montré que la capacité d'adsorption augmentait avec l'augmentation de la pression, la zéolite 13X atteignant la plus grande capacité d'adsorption de CO2, suivie de NaY, HZSM-5-30, HiSiV-3000, et HY-5. Ce phénomène peut être expliqué par le faible ratio Si/Al de la zéolite 13X, qui permet une interaction plus forte avec les molécules de CO2.

Les matériaux à base de silice constituent une autre génération d'adsorbants secs non carbonés pour la capture du CO2. Ces matériaux présentent une grande surface spécifique, une large taille de pores et une stabilité mécanique remarquable. La silice est souvent utilisée comme support sur lequel d'autres matériaux sont ajoutés pour éliminer le CO2. Les recherches se concentrent principalement sur la modification de différents types de silices et sur l'emploi de types appropriés d'amines pour améliorer les performances d'adsorption du CO2. Les matériaux à base de silice mésoporeuse suscitent un intérêt croissant en raison de leur efficacité pour l'élimination du CO2.

En parallèle, l'adsorption chimique utilisant des solvants à base d'amine, tels que l'éthanolamine, la diéthanolamine, et la monoéthanolamine (MEA), a attiré une large attention industrielle en raison de son efficacité pour capturer le CO2 via des réactions chimiques. Ce procédé de capture a été largement utilisé depuis les années 1970, représentant une technologie de première génération pour la capture du carbone. Toutefois, l'adsorption de CO2 via des matériaux solides est désormais considérée comme une technologie plus durable et largement adaptable, en raison de sa simplicité et de son efficacité. Pour surmonter la faible sélectivité des gaz de CO2 dans les physisorbants, des modifications chimiques, comme le greffage ou le revêtement de matériaux poreux, sont couramment utilisées pour incorporer des groupes basiques sur la surface des matériaux adsorbants.

Les matériaux à base de carbone poreux, qui adsorbent les molécules de CO2 via physisorption, présentent des capacités remarquables de capture du CO2 et sont facilement régénérables. Cependant, leur sélectivité pour le CO2 par rapport aux autres gaz est relativement faible, et la présence d'humidité peut compromettre leurs performances. Pour surmonter ces limites, l'amination de ces matériaux poreux est devenue une pratique courante afin d'améliorer leur basicité et, par conséquent, leur interaction favorable avec le CO2. En fonction de la méthode de préparation, les matériaux fonctionnalisés à l'amine peuvent être classés en deux catégories principales : ceux où les groupes amine et le support carboné interagissent par forces de Van der Waals, et ceux où les groupes amine sont covalemment liés au support. L'amination des matériaux poreux à base de carbone présente plusieurs avantages par rapport à l'absorption du CO2 via des alkanolamines, notamment la réduction des problèmes de corrosion et une consommation énergétique plus faible pour la régénération.

Le processus de capture du CO2 par adsorption pré-combustion, qui concerne le traitement d'un gaz synthétique composé principalement de CO2 et d'hydrogène, repose sur la gazéification du charbon ou la reformage du gaz naturel avec de l'oxygène. Cette méthode permet la séparation efficace du CO2 après conversion du gaz, avec une concentration de CO2 plus élevée dans le mélange final. Le développement continu de cette technologie est crucial pour les industries recherchant des solutions efficaces pour réduire les émissions de CO2.