Le LNCE relève les défis de l'énergie et de la durabilité en s'attaquant aux questions fondamentales qui les sous-tendent. Nous utilisons l'accordabilité de nanocristaux bien définis pour établir le principe de conception de matériaux efficaces et stables qui stockent l'électricité et la lumière en produits chimiques via la conversion de molécules de faible valeur. Nous nous intéressons particulièrement à la conversion de petites molécules, notamment le CO2 et le CO, qui se transforment en produits chimiques fins. L'objectif est de créer une production chimique plus durable.
Sujets de recherche
1
Chimie colloïdale
2
Électrocatalyse
3
Photocatalyse
Nos projets clés
Tulipe
Nous développons une nouvelle classe de nanoparticules pour la conversion de petites molécules basées sur des métaux liquides. L'idée d'utiliser des métaux liquides au lieu de métaux solides conventionnels est qu'ils ne se désactivent pas et offrent à l'industrie des catalyseurs stables pour la conversion chimique. Cette subvention est une consolidation du CER.
Stratégies de conception de catalyseurs stables pour l'électro-réduction du CO2
Nous développons des stratégies visant à créer des catalyseurs efficaces et stables pour convertir le CO2 en produits chimiques. Ces catalyseurs sont basés sur le cuivre plutôt que sur les métaux précieux conventionnels.
Points quantiques pour la production de produits chimiques fins par la lumière
Nous développons des matériaux à points quantiques absorbant la lumière pour faciliter la production de produits chimiques fins à l'aide de la lumière.
Ce projet fait partie du grand consortium suisse NCCR Catalysis
European Chemical Society Lecture Award (2019), Swiss Chemical Society Werner Price (2021), Eastman Lecture in Catalysis at UC Berkeley (2023), Russel Lecture, Queen’s University, Canada (2023), American Chemical Society Inorganic Nanoscience Award (2024)
3
Tulip est une subvention de consolidation du CER
Team & talents
Taille de l'équipe du laboratoire
15
Compétences développées par l'équipe scientifique
Les compétences acquises comprennent la gestion de projet, la prise de décision, la prise de parole en public, la rédaction de recherches, les questions-réponses, l’innovation et la créativité, l’utilisation de données et de carnets de laboratoire électroniques. Ces compétences seront utiles pour tout emploi ultérieur.
Impacts régionaux et sociaux
1
Contribuer à une société durable est le moteur de nos activités. Nous sommes également fortement engagés dans l’éducation des étudiants à tous les niveaux, qui est cruciale pour la société.
Perspectives et défis
Priorité 1
Faire progresser les connaissances scientifiques fondamentales qui contribuent à une société plus durable
Nous faisons progresser la découverte des matériaux en unissant la simulation moléculaire, la science des données et l'IA. Grâce à une modélisation rigoureuse, des données de haute qualité et des plateformes numériques holistiques, nous accélérons les percées dans la chimie réticulaire et la capture du carbone, en créant des outils ayant un impact sur le monde réel.
Sujets de recherche
1
Nous utilisons des simulations informatiques avancées pour comprendre le fonctionnement des nouveaux matériaux au niveau atomique. Cela nous aide à prévoir des propriétés importantes, telles que la façon dont ils retiennent la chaleur, absorbent les gaz ou déplacent l’eau, avant de les fabriquer en laboratoire.
2
Nous combinons de vastes ensembles de données avec des méthodes modernes d’intelligence artificielle pour identifier les matériaux les plus prometteurs pour un travail donné. Au lieu de tester des milliers de matériaux de manière expérimentale, nous laissons l’IA réduire la recherche aux matériaux les plus utiles.
3
Nous synthétisons et caractérisons de nouveaux matériaux, tels que des composés luminescents, afin d’explorer leurs propriétés de manière expérimentale et de les relier à nos simulations et à nos modèles d’IA.
Nos projets clés
Une plateforme unifiée reliant les propriétés des matériaux, la conception des processus, l'EET et l'ACV afin d'identifier les sorbants optimaux pour la capture du CO₂ pour des paires source-puits réelles.
En utilisant un criblage de MOF basé sur des données, nous avons identifié des "adsorbaphores" robustes et résistants à l'humidité qui se lient au CO₂. Cela a conduit à la synthèse d'Al-PMOF et d'Al-PyrMOF, qui sont plus performants que les sorbants commerciaux dans des conditions humides.
Le réglage fin des modèles en langage large permet une prédiction précise des propriétés des matériaux et même une conception inverse avec un minimum de données. Démonstration sur les molécules, les alliages et les MOF ; étonnamment plus performant que les ML spécialisés dans les régimes à faible volume de données.
Développer des technologies de séparation de nouvelle génération qui consomment moins d'énergie et sont plus durables, en particulier pour la purification des gaz et des liquides en vue d'applications dans les domaines de l'énergie et de l'environnement.
Sujets de recherche
1
Capture du CO₂ à haut rendement énergétique : Nous développons des membranes innovantes capables de capturer sélectivement le dioxyde de carbone en utilisant beaucoup moins d’énergie que les méthodes conventionnelles.
2
Des nanomatériaux pour des séparations propres : Notre équipe conçoit des matériaux nanoporeux de l’ordre de l’atome qui permettent une séparation précise des gaz et des liquides à l’échelle moléculaire.
3
Technologies membranaires évolutives et durables : Nous nous efforçons de traduire nos découvertes en solutions pratiques à l’échelle industrielle qui favorisent des processus chimiques plus propres et plus durables.
Nos projets clés
Capture du CO₂ par le graphène
Capture du CO₂ à l'aide de membranes de graphène ultrafines Mise au point de membranes à base de graphène (matériau récompensé par un prix Nobel) capables de capturer sélectivement le dioxyde de carbone avec une consommation d'énergie minimale, soutenant ainsi les efforts déployés pour atténuer le changement climatique.
GAZNAT Shell Collaborateurs académiques à l'EPFL et dans d'autres universités
Membranes MOF ultrafines
Matériaux nanoporeux cristallins ultraminces (MOF) pour la séparation des gaz Conception de films minces innovants de MOF (matériau lauréat du prix Nobel) capables de distinguer les molécules de gaz à l'échelle atomique, ce qui constitue une percée pour la purification de l'hydrogène et l'énergie propre.
Collaborateurs académiques de l'EPFL et d'autres universités
Fabrication de membranes évolutives
Traduire les découvertes des laboratoires en prototypes industriels. Un exemple marquant est la capture du CO2 de l'usine d'incinération des déchets Enevi à raison de 1 tonne de CO2 par jour par la mise à l'échelle d'une membrane de graphène poreux, dans le cadre d'un projet CCUS financé par l'EPFL (Solutions4Sustainability, financement de 9 millions de francs suisses). Site web : https://s4s-ccus.epfl.ch
GAZNAT Enevi Divea Collaborateurs académiques à l'EPFL et dans d'autres universités
Le laboratoire a réalisé des avancées majeures dans la création de membranes ultrafines – quelques atomes d’épaisseur seulement – capables de séparer efficacement des gaz tels que le CO₂ et l’hydrogène.
2
Le professeur Agrawal a reçu plusieurs distinctions internationales, notamment un ERC Starting Grant, le NAMS Young membrane Scientist Award (2018), le AIChE FRI/John G. Kunesh Award (2021), en reconnaissance de ses travaux pionniers dans le domaine de la science de la séparation.
3
Le LAS participe à des collaborations nationales et européennes axées sur l’énergie durable et les technologies de capture du carbone, notamment à des partenariats avec le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS) et à des projets ERC.
4
L’entreprise dérivée du laboratoire, Divea (constituée en société en 2024), s’emploie à commercialiser les membranes de capture du carbone à faible coût. Le laboratoire a déposé 10 demandes de brevet. Plusieurs ont été accordés. 7 d’entre eux ont fait l’objet d’une licence par Divea.
5
Les travaux du LAS ont donné lieu à des publications à fort impact, à des collaborations mondiales et à une reconnaissance croissante de l’avancement des solutions technologiques propres susceptibles de réduire les émissions et les coûts énergétiques. Divea effectue des essais sur le terrain avec des membranes en graphène. Le groupe de recherche a développé des démonstrateurs d’installations pilotes en collaboration avec le Valais, l’OFEN et GAZNAT.
Team & talents
Taille de l'équipe du laboratoire
Le LAS rassemble actuellement une vingtaine de chercheurs, dont des doctorants, des post-doctorants et des ingénieurs de plus de dix pays.
Présentation d'un membre spécifique de l'équipe
Nous aimerions mettre en avant le Dr Jian Hao, scientifique principal au LAS, qui joue un rôle clé dans le développement de membranes de nouvelle génération pour la capture du CO₂ et la séparation des gaz. Son expertise dans le domaine des nanomatériaux et de la fabrication de couches minces est essentielle pour transformer les découvertes de laboratoire en technologies évolutives.
Compétences développées par l'équipe scientifique
Les membres de l’équipe acquièrent une expertise dans la synthèse de matériaux avancés, la nanofabrication et les technologies de séparation à haut rendement énergétique, ainsi que dans la gestion de projets et la collaboration interdisciplinaire.
Autres
Le laboratoire encourage fortement la diversité, le mentorat et une culture de travail inclusive qui favorise la créativité et l’innovation.
Impacts régionaux et sociaux
1
Nos recherches soutiennent la transition mondiale vers des technologies à faible teneur en carbone en rendant les processus de capture et de purification du CO₂ plus efficaces sur le plan énergétique et plus abordables.
2
Basé à Sion, le LAS renforce l’écosystème local d’innovation, attire des talents internationaux et contribue à positionner le Valais comme un pôle de recherche sur les technologies propres.
3
En développant des technologies de séparation évolutives et rentables, le laboratoire aide les industries à réduire leur consommation d’énergie et leurs émissions tout en améliorant leur compétitivité et leur durabilité.
Perspectives et défis
Principales opportunités
Le LAS vise à étendre l’application de ses technologies membranaires avancées à la capture du CO₂ à grande échelle et à la production d’hydrogène propre. Il existe de fortes possibilités de renforcer les liens avec l’industrie et de contribuer à la transition de la Suisse vers une économie à faible émission de carbone.
Principaux défis
Le principal défi consiste à faire passer ces matériaux des prototypes de laboratoire aux systèmes industriels, tout en maintenant une production rentable et respectueuse de l’environnement. Combler le fossé entre la recherche et la mise en œuvre dans le monde réel reste un objectif clé.
Partenariats futurs
Le laboratoire cherche à collaborer avec des entreprises du secteur de l’énergie et de la fabrication, ainsi qu’avec des institutions publiques, afin d’accélérer le transfert de technologies et de démontrer l’impact des séparations avancées dans les processus industriels durables.
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