KNOXVILLE, TN, 26 décembre 2025 /24-7PressRelease/ -- Les adsorbants jouent un rôle crucial dans le traitement de l'eau, mais leur production implique souvent une consommation énergétique élevée et des émissions de carbone. Cette étude propose un cadre multifactoriel pour identifier les adsorbants qui atteignent simultanément une haute efficacité d'élimination des contaminants et un faible impact environnemental. En intégrant les performances d'adsorption à l'analyse du cycle de vie et à l'analyse de fin de vie, la recherche évalue les charbons actifs biosourcés produits selon différentes stratégies d'activation. Les résultats révèlent qu'un adsorbant dérivé d'écorce de pin, doublement activé, offre une capacité d'adsorption supérieure tout en minimisant les émissions de gaz à effet de serre lorsqu'il est évalué sur la base de ses performances fonctionnelles. Le cadre démontre comment combiner l'efficacité matérielle avec les métriques environnementales peut guider la sélection d'adsorbants de nouvelle génération alignés sur les objectifs de neutralité carbone.

Le charbon actif est largement utilisé pour éliminer les polluants organiques de l'eau, mais les matériaux conventionnels dérivés du charbon portent un fardeau environnemental significatif en raison de matières premières fossiles et de procédés énergivores. Les alternatives biosourcées dérivées de résidus agricoles offrent une voie prometteuse vers des adsorbants plus durables, mais leurs performances environnementales sont rarement évaluées parallèlement à leur efficacité d'adsorption. La plupart des évaluations reposent sur des métriques de cycle de vie basées sur la masse, ce qui peut négliger l'efficacité avec laquelle un matériau élimine les contaminants dans des applications réelles. De plus, les scénarios de fin de vie tels que la régénération ou l'élimination sont souvent exclus des évaluations de durabilité. Face à ces défis, il existe un besoin clair de développer une approche intégrée qui évalue systématiquement les performances de l'adsorbant, les impacts du cycle de vie et les résultats de fin de vie.

Des chercheurs de l'Université Kyung Hee ont rapporté (DOI : 10.1007/s11783-025-2068-6) le 23 août 2025 dans Frontiers of Environmental Science & Engineering une stratégie complète pour sélectionner des adsorbants orientés vers la neutralité carbone pour le traitement de l'eau. L'étude introduit un cadre de décision multifactoriel qui combine des tests d'adsorption expérimentaux avec l'analyse du cycle de vie et l'analyse de fin de vie. Utilisant l'écorce de pin comme précurseur renouvelable, l'équipe a comparé plusieurs voies d'activation chimique et a identifié un adsorbant optimal qui équilibre une haute efficacité d'élimination des polluants avec des émissions réduites de gaz à effet de serre, offrant des perspectives pratiques pour des matériaux durables de traitement de l'eau.

Les chercheurs ont synthétisé des charbons actifs dérivés d'écorce de pin en utilisant cinq stratégies d'activation différentes, incluant des traitements chimiques simples et doubles. Parmi celles-ci, l'activation double avec de l'hydroxyde de sodium suivie d'acide chlorhydrique a produit un adsorbant avec la combinaison la plus favorable de structure de surface et de groupes fonctionnels. Ce matériau a présenté une capacité d'adsorption maximale d'acide humique de 15,84 mg par gramme, surpassant substantiellement à la fois les biochars simplement activés et les charbons actifs disponibles commercialement.

Pour évaluer la durabilité, l'étude a appliqué l'analyse du cycle de vie en utilisant à la fois des unités fonctionnelles basées sur la masse et sur la capacité d'adsorption. Alors que les comparaisons basées sur la masse montraient des empreintes carbone similaires pour plusieurs méthodes d'activation, l'évaluation basée sur les performances a révélé un avantage clair pour l'adsorbant doublement activé. Parce qu'une quantité moindre de matériau était requise pour éliminer la même quantité de contaminant, ses émissions de gaz à effet de serre et sa demande énergétique cumulée par unité de polluant éliminé étaient les plus faibles parmi tous les candidats.

L'analyse a en outre identifié l'utilisation d'électricité pendant le séchage et la pyrolyse comme points chauds environnementaux majeurs. Important, un modèle prospectif de mise à l'échelle a démontré qu'une production à l'échelle industrielle pourrait réduire les émissions de carbone par kilogramme d'adsorbant de près de 90 % par rapport à la synthèse à l'échelle du laboratoire. L'analyse de fin de vie a montré que la régénération des adsorbants usés offre des économies d'émissions substantielles par rapport à l'enfouissement ou à l'incinération, renforçant la valeur des stratégies de matériaux circulaires.

Selon les auteurs, évaluer les adsorbants uniquement sur leur capacité d'adsorption ou leurs émissions de production donne une image incomplète de la durabilité. Ils soulignent que les métriques de cycle de vie basées sur les performances reflètent mieux les bénéfices environnementaux réels, en particulier pour les matériaux conçus pour éliminer efficacement les polluants. L'étude met en lumière comment combiner des données expérimentales avec la modélisation du cycle de vie peut révéler des compromis qui sont invisibles lors d'évaluations à critère unique. Cette perspective intégrée, notent les chercheurs, est essentielle pour guider les choix de conception de matériaux qui contribuent véritablement à la neutralité carbone dans les technologies environnementales.

Le cadre de sélection multifactoriel proposé offre un outil pratique pour les chercheurs, ingénieurs et décideurs politiques cherchant des solutions durables de traitement de l'eau. En alignant l'efficacité d'adsorption avec les performances du cycle de vie et les considérations de fin de vie, l'approche soutient une prise de décision éclairée pour le déploiement de matériaux à faible teneur en carbone. Les résultats suggèrent que les charbons actifs biosourcés, lorsqu'ils sont conçus de manière optimale et régénérés après utilisation, peuvent réduire significativement l'empreinte environnementale des systèmes de purification de l'eau. Au-delà des adsorbants, le cadre peut être étendu à d'autres matériaux fonctionnels où les performances et la durabilité doivent être optimisées conjointement, contribuant à des objectifs plus larges de neutralité carbone et d'économie circulaire.

Références
DOI
10.1007/s11783-025-2068-6

URL de la source originale
https://doi.org/10.1007/s11783-025-2068-6

Informations sur le financement
Cette étude a été soutenue par une subvention de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) financée par le gouvernement coréen (Ministère de la Science, des TIC et de la Planification future) (n° RS-2024-00350751).

À propos de Frontiers of Environmental Science & Engineering
Frontiers of Environmental Science & Engineering (FESE) est le forum de pointe pour des soumissions originales évaluées par des pairs en anglais sur toutes les principales branches des disciplines environnementales. FESE accueille des articles de recherche originaux, des articles de synthèse, des communications courtes et des points de vue & commentaires. Tous les articles seront publiés dans les 6 mois suivant leur soumission. Les rédacteurs en chef sont l'académicien Jiuhui Qu de l'Université Tsinghua, et le Prof. John C. Crittenden du Georgia Institute of Technology, USA. Le journal est indexé par presque toutes les bases de données autoritatives telles que SCI, EI, INSPEC, SCOPUS, CSCD, etc.

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