Le changement climatique est dans tous les esprits cette semaine, alors que les dirigeants mondiaux se réunissent à la Conférence des Nations Unies sur le changement climatique COP26 de 2021 à Glasgow.
Il y a beaucoup de discussions dans l'industrie sur la question de savoir si l'application de technologies et de techniques de lutte contre le carbone comme le stockage du carbone, la capture du carbone, la conversion du carbone et la séquestration du carbone pourrait avoir un impact considérable sur l'élimination du dioxyde de carbone, le gaz à effet de serre le plus abondant émis aujourd'hui.
Voici un débriefing sur la signification de ces termes, l'état actuel de la technologie et à quoi ils ressembleraient dans la pratique.
La capture du carbone fait le plus souvent référence au processus d'élimination du dioxyde de carbone de diverses sources telles que les cheminées des centrales électriques fonctionnant aux combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole ou le gaz, ainsi que des installations de fabrication et de production.
La capture fait également référence à l'élimination directe du dioxyde de carbone de l'atmosphère, appelée élimination du dioxyde de carbone (CDR) ou capture directe de l'air (DAC).
Cependant, les gaz de combustion sortant d'une cheminée de la cheminée d'une centrale électrique ou d'une installation industrielle transportent une quantité de carbone beaucoup plus importante, à environ 10 à 15 % de dioxyde de carbone. Pendant ce temps, la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère générale est d'environ 400 à 450 ppm (parties par million), soit environ 0,04 %.
"Dans l'atmosphère, nous avons du dioxyde de carbone qui nous inquiète et qui est important du point de vue de l'incidence du forçage radiatif et du réchauffement climatique. Mais c'est très dilué du point de vue de la capture », explique Harry Atwater, professeur de physique appliquée et de science des matériaux au California Institute of Technology. "Les gens doivent donc développer des méthodes ingénieuses pour capturer puis concentrer le dioxyde de carbone sous forme de flux pur."
La société suisse Climeworks, par exemple, est l'une des entreprises leaders dans le domaine de la capture du carbone. Dans toute l'Europe, il existe plus d'une douzaine d'installations de capture directe de l'air qui utilisent des machines en forme de ventilateur pour filtrer le dioxyde de carbone de l'air, puis chauffer les molécules capturées pour les pomper sous terre.
Une autre entreprise, comme Carbon Engineering, vaporise un produit chimique de base comme l'hydroxyde de potassium pour lier et évacuer le dioxyde de carbone (qui est acide) de l'air.
«Il existe plusieurs technologies pour effectuer une capture directe de l'air qui sont à l'étude. Il y a aussi la capture du dioxyde de carbone des océans », explique Atwater, comme le projet ARPA-E sur lequel il travaille et qui a reçu un financement du ministère de l'Énergie.
Plusieurs Académies Nationales les rapports indiquent que les technologies qui éliminent activement le dioxyde de carbone de l'atmosphère doivent être sérieusement considérées comme l'une des nombreuses solutions de lutte contre le changement climatique.
"Il y a eu beaucoup de travail sur la façon de séparer ce dioxyde de carbone des autres gaz", a déclaré Peter Kelemen, professeur de sciences de la terre et de l'environnement à l'Université de Columbia. "Une fois que vous l'avez, bien sûr, vous devez le stocker quelque part."
Du point de vue de Kelemen, le stockage et la séquestration sont "à peu près synonymes", sauf que la séquestration est utilisée lorsque le stockage du dioxyde de carbone est "essentiellement permanent" grâce à des méthodes telles que le stockage géologique. Le projet norvégien Sleipner en mer du Nord, par exemple, stocke un liquide dense de dioxyde de carbone sous pression dans un espace poreux sous le fond marin, explique Kelemen.
La séquestration souterraine du carbone a cependant un défaut majeur :le principal marché de la technologie est la récupération améliorée des combustibles fossiles, note Atwater, où les entreprises veulent pomper du dioxyde de carbone sous pression dans les réservoirs de pétrole et de gaz existants pour extraire plus de produit.
Par exemple, quelqu'un de l'industrie de la fracturation hydraulique améliorée peut affirmer qu'il est négatif en carbone net parce qu'il extrait techniquement du dioxyde de carbone de l'air et l'injecte sous terre. "Mais bien sûr, ce qu'ils font, c'est aussi améliorer la récupération du méthane, qui est un gaz à effet de serre, puis du dioxyde de carbone", dit-il. Il est donc important de toujours se poser la question de savoir si l'ensemble du processus utilisé par une entreprise est négatif, positif ou neutre en carbone net.
L'Islande utilise une technologie combinée de Climeworks et CarbFix pour non seulement capturer le dioxyde de carbone et le pomper sous terre, mais aussi le stocker de manière permanente sous forme de solides. Ces minéraux carbonés, qui sont pour la plupart des « carbonates » comme la calcite et la magnésite, peuvent stocker le dioxyde de carbone pendant des milliers d'années.
"S'il existe des strates favorables qui permettent la conversion du dioxyde de carbone séquestré en une forme solide, cela le rend beaucoup plus stable sur le plan géologique, et nous pouvons dire qu'il a été séquestré en toute sécurité sans trop craindre ni craindre qu'il ne soit émis correctement. reculer », dit Atwater. "CarbFix a réussi à comprendre la réaction entre le dioxyde de carbone injecté dans les strates minérales pour créer des carbonates stables."
Le simple fait de mettre du carbone supplémentaire sous terre a moins de sens que de séquestrer le dioxyde de carbone dans un produit commercialisable qui a une valeur économique, dit Atwater. Heureusement, plusieurs entreprises et scientifiques ont refusé cette voie. De nombreux chercheurs ont envisagé d'intégrer des formes solides de carbone dans des matériaux de construction comme l'acier et le ciment, une industrie déjà très polluante, explique Atwater. "Et si nous pouvions réellement prendre le dioxyde de carbone émis par toute la synthèse passée des matériaux de construction, puis le transformer en matériaux que nous pourrions utiliser comme des composites en fibre de carbone et d'autres formes de carbone stocké de manière plus bénigne", ajoute-t-il. "Ce serait une forme indéfinie de stockage."
Contrairement au stockage de carbone solide, il existe un autre type de stockage de carbone moins indéfini :sous forme de carburant.
Les combustibles fossiles, comme l'essence (un type d'hydrocarbure liquide), se combinent avec l'oxygène pour subir une réaction de combustion dans nos voitures pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau. De nombreux scientifiques ont bricoler des moyens de faire fonctionner cette réaction à l'envers, en prenant du dioxyde de carbone et de l'eau et en les transformant en carburant et en oxygène.
Atwater et Caltech font partie de la Liquid Sunlight Alliance, parrainée par le ministère de l'Énergie, dont l'objectif est de comprendre comment utiliser l'énergie solaire pour faire reculer cette réaction de formation de carburant. Un gros avantage de cette méthode serait la possibilité de réutiliser le carburant pour les industries difficiles à décarboniser comme le vol, le transport maritime et la production d'acier.
« Il pourrait s'agir de carburéacteur que vous pourriez recycler [puis] réutiliser dans un avion. Ce serait zéro carbone dans le sens où vous équilibreriez la conversion du dioxyde de carbone en carburant avec la combustion du carburant en dioxyde de carbone », explique Atwater. "Ce serait une façon de produire du carburéacteur renouvelable, et c'est quelque chose qui intéresse beaucoup de compagnies aériennes."
Cette idée est déjà bien avancée. Une entreprise basée dans la Bay Area appelée Twelve (du nom de la masse atomique de carbone dans le tableau périodique) travaille à reconvertir le dioxyde de carbone en carburants. Une société allemande appelée Atmosfair fabrique également du carburéacteur synthétique neutre en dioxyde de carbone en combinant l'hydrogène généré par les éoliennes avec le dioxyde de carbone capturé (son premier client est Lufthansa).
Au cours des prochaines années, les experts devront peser le pour et le contre de certaines des options dont nous disposons pour éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère.
Même les méthodes traditionnelles comme la plantation de forêts et la création de biomasse naturelle pour stocker le carbone peuvent être difficiles à mettre en œuvre et à maintenir. "Le reboisement dans le monde en développement est politiquement et éthiquement problématique parce que les gens qui ont abattu les arbres l'ont fait pour une raison et peuvent être propriétaires de la terre", déclare Kelemen. "Le reboisement et la production de biocarburants sont problématiques car ils sont en concurrence avec la production alimentaire pour les terres arables."
De plus, les nouvelles forêts n'éliminent que des quantités importantes de carbone pendant que la forêt, ou la forêt de varech dans l'océan, se développe, explique Kelemen. "Une fois qu'ils ont atteint un "état stable" (une forêt mature, par exemple), le taux d'absorption de dioxyde de carbone dû à la croissance n'est pas beaucoup plus élevé que le taux d'émissions de dioxyde de carbone dues à la respiration des plantes vivantes et à la décomposition de la biomasse "morte". ."
Pour maintenir un grand puits de carbone forestier, les plantes devront être continuellement récoltées et protégées de la pourriture.
Pendant ce temps, un énorme problème pour la technologie de capture et de séquestration du carbone est le prix. "Si vous allez simplement séquestrer le carbone, cela oblige les citoyens et les dirigeants des sociétés industrielles avancées à accepter de s'imposer eux-mêmes pour couvrir le coût du stockage de ce carbone", déclare Atwater. "Il n'y a pas de prix du carbone par tonne convenu à l'échelle mondiale pour le moment, ce qui est l'un des problèmes."
Alors que les marchés des crédits carbone émergent dans le secteur des entreprises, il existe actuellement un écart entre la demande et la capacité des méthodologies de stockage. « Nous n'avons tout simplement pas assez de technologies pour répondre à la demande. Nous sommes dans un moment étrange », explique Atwater. "Il y a littéralement des gigatonnes de demande de crédits carbone, et il n'y a que des kilotonnes de capacité."
La plupart des technologies anti-carbone en sont à leurs balbutiements. Il n'y a pas non plus d'infrastructure à grande échelle pour soutenir leur croissance et leur expansion. "Les technologies négatives en carbone, à moins que vous ne vous contentiez de pomper ce dioxyde de carbone sous terre que vous avez capturé, elles vont devoir créer de nouveaux produits comme des carburants, des produits chimiques et des matériaux spécialisés", déclare Atwater. « Les grands marchés sont pour des choses comme le carburant, le ciment et les aciers. Ce sont les choses que nous fabriquons à l'échelle de la gigatonne. »
Ces techniques sont parfois entourées de controverses, notamment parce que beaucoup soutiennent que la capture et le stockage permettent aux entreprises de combustibles fossiles de se tirer d'affaire pour leur empreinte carbone géante. Atwater dit "pour atteindre notre condition de niveau durable de carbone dans l'atmosphère en dessous de nos niveaux actuels et revenir vers les niveaux préindustriels, nous allons devoir décarboner et électrifier tout ce que nous pouvons." Mais pour les industries qui sont "presque impossibles à décarboner", le stockage ouvre la possibilité d'utiliser ces émissions à bon escient.
