Avec des investissements suffisants et un déploiement stratégique, l'élimination et le stockage du dioxyde de carbone peuvent jouer un rôle clé pour maintenir le réchauffement planétaire à un niveau acceptable.

Klaus Lackner a une image de l'avenir dans son esprit, et il ressemble à ceci: 100 millions de boîtes de semi-remorque, chacune remplie d'un tissu beige configuré dans ce qui ressemble à un tapis shag pour maximiser la surface. Chaque boîte attire l'air comme si elle respirait. Comme il le fait, le tissu absorbe le dioxyde de carbone, qu'il libère plus tard sous forme concentrée pour être transformé en béton ou en plastique ou canalisé loin sous terre, annulant ainsi sa capacité à contribuer au changement climatique.

Bien que la technologie ne soit pas encore opérationnelle, elle est «sur le point de sortir du laboratoire, nous pouvons donc montrer comment elle fonctionne à petite échelle», explique Lackner, directeur du Center for Negative Carbon Emissions à l'Arizona State University. Une fois qu'il a réglé tous les problèmes, il estime que, combinés, le réseau de boîtes pourrait capturer peut-être 100 millions de tonnes métriques (110 millions de tonnes) de CO2 par jour à un coût de 30 $ US la tonne - faisant une brèche perceptible dans surabondance de CO2 perturbant le climat qui s'est accumulée dans l'air depuis que les humains ont commencé à brûler des combustibles fossiles pour de bon il y a 150 ans.

Lackner fait partie des centaines, voire des milliers, de scientifiques du monde entier qui travaillent sur des moyens d'éliminer le CO2 de l'atmosphère, de capturer le carbone de l'atmosphère à l'aide de plantes, de roches ou de réactions chimiques artificielles et de le stocker dans le sol, des produits tels que le béton. et le plastique, les roches, les réservoirs souterrains ou la mer d'un bleu profond.

"Nous ne pouvons pas simplement décarboniser notre économie, ou nous n'atteindrons pas notre objectif en matière de carbone." - Noah Deich

Certaines des stratégies - connues collectivement comme l'élimination du dioxyde de carbone ou les technologies d'émissions négatives - ne sont que des scintillements aux yeux de leurs concepteurs. D'autres - des programmes de faible technologie comme planter plus de forêts ou laisser des résidus de cultures sur le terrain, ou des installations de haute technologie à «émissions négatives» comme le Centrale de combustion de la biomasse capturant le CO2 mise en ligne au printemps dernier à Decatur, Illinois - sont déjà en cours. Leur objectif commun: nous aider à sortir du problème du changement climatique dans lequel nous nous sommes engagés.

«Nous ne pouvons pas simplement décarboniser notre économie, ou nous n'atteindrons pas notre objectif en matière de carbone», déclare Noah Deich, cofondateur et directeur exécutif du Centre d'élimination du carbone à Oakland, en Californie. "Nous devons aller au-delà pour nettoyer le carbone de l'atmosphère. ... [Et] nous devons commencer d'urgence si nous voulons que nous ayons de vrais marchés et de vraies solutions à notre disposition qui soient sûres et rentables pour 2030. "

Beaucoup d'approches

Pratiquement tous les experts du changement climatique conviennent que pour éviter une catastrophe, nous devons avant tout mettre tout en œuvre pour réduire les émissions de CO2. Mais de plus en plus, ce n'est pas suffisant. Si nous voulons limiter le réchauffement atmosphérique à un niveau en dessous duquel des changements irréversibles deviennent inévitables, affirment-ils, nous devrons également éliminer activement le CO2 de l'air en quantités assez importantes.

"Il est presque impossible que nous atteignions 2 ° C, et encore moins 1.5 [° C], sans une sorte de technologie d'émission négative", explique Pete Smith, titulaire d'une chaire en sciences des plantes et des sols à l'Université d'Aberdeen. monde leaders dans l'atténuation du changement climatique.

En fait, des scientifiques du monde entier qui ont récemment élaboré une "feuille de route" vers un futur qui nous donne de bonnes chances de garder le réchauffement sous le seuil 2 ºC s'appuyer fortement sur la réduction des émissions de carbone en éliminant complètement les combustibles fossiles - mais exiger également que nous éliminions activement le CO2 de l'atmosphère. Leur programme prévoit de séquestrer 0.61 gigatonnes métriques (une gigatonne, en abrégé Gt, est un milliard de tonnes métriques ou 0.67 milliard de tonnes) de CO2 par an d'ici 2030, 5.51 d'ici 2050 et 17.72 d'ici 2100. Les émissions de CO2 générées par l'homme étaient d'environ 40 Gt en 2015, selon l'Administration Nationale Océanique et Atmosphérique.

"Il est presque impossible que nous atteignions 2 ° C, et encore moins 1.5, sans une sorte de technologie d'émission négative." -Pete Smith

Des rapports apparaissent périodiquement indiquant qu'une approche ou une autre ne va pas le couper: Les arbres peuvent stocker du carbone, mais ils rivalisent avec l'agriculture pour la terre, le sol ne peut pas stocker assez, des machines comme celles que Lackner envisage de prendre trop d'énergie. L'ingénierie n'a pas trouvé de solution pour le stockage souterrain.

Il est probablement vrai qu'aucune solution n'est la solution, toutes ont des avantages et des inconvénients, et beaucoup ont des bugs à résoudre avant d'être prêts pour les heures de grande écoute. Mais dans la bonne combinaison, et avec une recherche et un développement sérieux, ils pourraient faire une grande différence. Et comme une équipe internationale de climatologues a récemment soulignéle plus tôt sera le mieux, parce que la tâche de réduire les gaz à effet de serre ne fera que s'accentuer et devenir décourageante plus nous retarderons.

Smith suggère de diviser les nombreuses approches en deux catégories - des stratégies «sans regrets» de technologie relativement basse qui sont prêtes à l'emploi, comme le reboisement et l'amélioration des pratiques agricoles, et des options avancées qui nécessitent une recherche et développement substantielle pour devenir viables. Ensuite, suggère-t-il, déployer l'ancien et travailler sur ce dernier. Il préconise également de minimiser les inconvénients et de maximiser les avantages en adaptant soigneusement la bonne approche avec le bon emplacement.

"Il y a probablement de bonnes manières et de mauvaises façons de tout faire", dit Smith. "Je pense que nous devons trouver les bonnes manières de faire ces choses."

Deich, aussi, soutient la poursuite simultanée de multiples options. "Nous ne voulons pas de technologie, nous voulons beaucoup de solutions complémentaires dans un portefeuille plus large qui se met à jour souvent lorsque de nouvelles informations sur les solutions émergent. "

Dans cet esprit, voici un aperçu rapide de certaines des principales approches envisagées, y compris une projection approximative basée sur les connaissances actuelles du potentiel de stockage de CO2 distillé à partir de diverses sources - y compris résultats préliminaires d'une étude de l'Université du Michigan devrait être publié plus tard cette année - ainsi que des résumés des avantages, des inconvénients, de la maturité, des incertitudes et des réflexions sur les circonstances dans lesquelles chacun pourrait être mieux appliqué.

Boisement et reboisement

Payer votre entrée, monter une route sinueuse à travers le parc national de Sequoia en Californie, faire un demi-mile à travers les bois, et vous vous trouverez aux pieds du général Sherman, le plus grand arbre du monde. Avec quelques pieds cubes 52,500 (1,487 mètres cubes) de bois dans son coffre, le béhémoth a plus que 1,400 tonnes métriques (1,500 2 tonnes) de COXNUMX emprisonné dans son seul coffre.

Bien que sa taille soit clairement exceptionnelle, le général donne une idée du potentiel des arbres à aspirer le CO2 de l'air et à le stocker dans le bois, l'écorce, les feuilles et les racines. En fait, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat estime qu'un seul hectare (2.5 acres) de forêt peut absorber entre 1.5 et 30 tonnes métriques (1.6 et 33 tonnes) de CO2 par an, selon les types d'arbres, l'âge ils sont, le climat et ainsi de suite.

Les forêts mondiales sont actuellement séquestrées de l'ordre de 2 Gt CO2par année. Les efforts concertés pour planter des arbres dans de nouveaux endroits (boisement) et replanter la superficie déboisée (reboisement) pourraient augmenter ceci d'un gigaton ou plus, selon les espèces, les modèles de croissance, l'économie, la politique et d'autres variables. Les pratiques de gestion forestière mettant l'accent sur le stockage du carbone et la modification génétique des arbres et d'autres plantes forestières pour améliorer leur capacité à absorber et à stocker le carbone pourraient faire augmenter ces chiffres.

Une autre façon d'aider à améliorer la capacité des arbres à stocker le carbone est de fabriquer des produits durables à partir d'eux - bâtiments à ossature de bois, livres, etc. L'utilisation de bois riche en carbone pour la construction, par exemple, pourrait étendre la capacité de stockage des arbres au-delà des frontières des forêts, le stockage du bois et le boisement se combinant pour un potentiel de 1.3 à 14 Gt de CO2 par an possible, selon l'Institut du climat, une organisation de recherche basée en Australie.

L'agriculture de carbone

La plupart des activités agricoles visent à produire quelque chose qui est récolté sur la terre. L'agriculture de carbone est le contraire. Il utilise des plantes pour piéger CO2, puis utilise de façon stratégique des pratiques telles que réduire le travail du sol, planter des cultures à racines plus longues et incorporer des matières organiques dans le sol encourager le carbone piégé à pénétrer dans le sol et à rester dans celui-ci.

"Actuellement, de nombreux sols agricoles, horticoles, forestiers et de jardin sont une source nette de carbone. Autrement dit, ces sols perdent plus de carbone qu'ils n'en séquestrent », note Christine Jones, fondatrice de l'organisation à but non lucratif basée en Australie. Carbone incroyable. «Le potentiel d'inverser le mouvement net de CO2 vers l'atmosphère grâce à une meilleure gestion des plantes et des sols est immense. En effet, la gestion du couvert végétal de manière à accroître la capacité du sol à séquestrer et à stocker de grands volumes de carbone atmosphérique sous une forme stable offre une solution pratique et presque immédiate à certains des problèmes les plus difficiles auxquels l'humanité est actuellement confrontée.

La capacité de stockage de carbone du sol pourrait aller encore plus loin si les Projets de recherche avancée Agence-Énergie, une agence gouvernementale américaine qui fournit un soutien à la recherche pour les technologies énergétiques innovantes, et d'autres visant à améliorer la capacité des cultures à transférer du carbone vers le sol, sont couronnées de succès. Et, souligne Eric Toensmeier, auteur de The Carbon Farming Solution, la capacité des terres agricoles à stocker du carbone peut être considérablement augmentée en incluant également des arbres dans l'équation.

«En général, ce sont les pratiques qui incorporent les arbres qui ont le plus de carbone [stockage] - souvent deux à 10 fois plus de carbone par hectare, ce qui est un gros problème», dit Toensmeier.

Autre végétation 

Bien que les forêts et les terres agricoles aient attiré le plus d'attention, d'autres types de végétation - prairies, végétation côtière, tourbières - absorbent et stockent également le CO2, et les efforts déployés pour renforcer leur capacité à contribuer à la cause du stockage du carbone dans le monde.

Plantes côtières, tels que les mangroves, les herbiers marins et la végétation des marais salés à marée, excellent dans la séquestration du CO2 - beaucoup plus par zone que les forêts terrestres, selon Meredith Muth, responsable de programme international à l'Administration Nationale Océanique et Atmosphérique.

"Ce sont des écosystèmes incroyablement riches en carbone", explique Emily Pidgeon, Conservation International directeur principal des initiatives marines stratégiques. C'est parce que le sol pauvre en oxygène dans lequel ils poussent empêche le rejet de CO2 dans l'atmosphère, donc plutôt que de retourner dans l'atmosphère, le carbone s'accumule simplement couche par couche au fil des siècles. Avec des mangroves séquestrant à peu près 1,400 tonnes métriques (1,500 tonnes) par hectare (2, 5 acres); marais salés, 900 tonnes métriques (1,000 tonnes); et les herbiers marins, 400 tonnes métriques (400 tonnes), la restauration de la végétation côtière perdue et l'extension des habitats côtiers sont susceptibles de séquestrer du carbone substantiel. Et les chercheurs étudient des stratégies telles que la réduction de la pollution et la gestion des perturbations des sédiments. faire en sorte que ces écosystèmes absorbent encore plus CO2.

Et, ajoute M. Pidgeon, une telle végétation offre un double avantage climatique car elle contribue également à protéger les côtes de l'érosion, car le réchauffement entraîne une élévation du niveau de la mer.

«C'est l'écosystème parfait du changement climatique, particulièrement dans certains des endroits les plus vulnérables», dit-elle. "Il assure la protection contre les tempêtes, le contrôle de l'érosion, maintient la pêche locale. En termes de changement climatique, il est extrêmement précieux, qu'il s'agisse d'atténuation ou d'adaptation. "

Bioénergie et enterrer

En plus d'exploiter la capacité de la végétation à stocker le CO2 dans les parties des plantes et le sol, les humains peuvent améliorer la séquestration en éliminant le carbone absorbé par les plantes par d'autres moyens. UNE US $ 208 million de centrale électrique qui a commencé à fonctionner plus tôt cette année Au cœur du pays agricole de l'Illinois est un exemple tangible de cette approche et ce qui est actuellement largement considéré comme la stratégie basée sur la technologie la plus prometteuse pour retirer de grandes quantités de carbone de l'air: capture et stockage du carbone bioénergétique.

La BECCS commence généralement par convertir la biomasse en une source d'énergie utilisable telle que le combustible liquide ou l'électricité. Mais alors, il prend le concept une étape clé plus loin. Plutôt que d'envoyer le CO2 libéré pendant le processus dans les airs, comme le font les installations conventionnelles, il le capte et le concentre, puis le piège dans du béton ou du plastique ou - comme dans le cas de Decatur - injecte dans des formations rocheuses piéger le carbone loin sous la surface de la Terre.

Une stratégie connexe propose d'utiliser des plantes océaniques comme le varech à la place des plantes terrestres. Cela réduirait la nécessité de concurrencer la production alimentaire et la préservation de l'habitat terrestre pour les terres. Cependant, cette option n'a pas été explorée autant que la BECCS terrestre, de sorte que le nombre d'inconnues est encore plus élevé.

En ce qui concerne le stockage, la plupart des technologies proposées sont encore en phase de conception ou de développement. Mais si développé correctement, l'approche a «potentiellement eu un impact assez important», affirme Smith de l'Université d'Aberdeen.

Biochar 

Une autre façon d'améliorer la capacité des usines à stocker du carbone est de brûler en partie des matériaux tels que les débris de coupe ou les déchets de récolte pour en faire une substance riche en carbone et à décomposition lente connue sous le nom de biochar, qui peut ensuite être enterré ou répandu sur les terres agricoles. Le biochar a été utilisé pendant des siècles pour enrichir le sol pour l'agriculture, mais a récemment attiré une attention accrue pour sa capacité à séquestrer le carbone - comme en témoigne le fait que trois des finalistes de 10 dans un million $ US 25 Earth Challenge lancé par Virgin dans 2007 appuyez sur cette approche.

Fertiliser l'océan 

Les plantes et les organismes végétaux qui vivent dans l'océan absorbent des quantités incommensurables de CO2 chaque année, leur capacité à le faire étant limitée uniquement par la disponibilité de fer, d'azote et d'autres nutriments dont ils ont besoin pour croître et se multiplier. Les chercheurs étudient donc des stratégies pour fertiliser l'océan ou pour amener les nutriments des profondeurs à la capacité des plantes hyper-motrices à piéger et stocker le carbone.

Il y a une dizaine d'années, les entreprises ont commencé à le faire, avec le projet de récolter les fruits du marché mondial du carbone, qui sera bientôt établi. Ces plans sont largement restés sur la planche à dessin, contrecarrés par des incertitudes substantielles sur la façon de chiffrer le prix du carbone, les inquiétudes sur les perturbations des pêcheries et des écosystèmes océaniques en général, et les besoins énergétiques et les coûts élevés qui seraient probablement impliqués. En outre, nous n'avons pas une idée claire de la quantité de carbone piégée qui resterait dans l'océan plutôt que de retomber dans l'atmosphère.

Rock Solutions

Le CO2 est naturellement éliminé de l'atmosphère chaque jour par des réactions entre l'eau de pluie et les roches. Certains climatologues proposent d'améliorer ce processus - et donc d'augmenter l'élimination du CO2 de l'atmosphère - par des mesures artificielles telles que le concassage des roches et leur exposition au CO2 dans une chambre de réaction ou leur propagation sur de grandes surfaces terrestres ou océaniques, augmentant la surface sur laquelle les réactions peuvent survenir.

Comme on l'imagine actuellement, les stratégies pour améliorer le stockage du carbone en faisant réagir le CO2 avec des roches sont coûteuses et énergivores en raison de la nécessité de transporter et de traiter de grandes quantités de matériaux lourds. Certains nécessitent également une utilisation intensive des terres et ont donc le potentiel de concurrencer d'autres besoins tels que la production alimentaire et la protection de la biodiversité. Les chercheurs cherchent des façons d'utiliser les déchets miniers et d'affiner autrement la stratégie pour réduire les coûts et accroître l'efficacité.

Capture et stockage d'air direct

Les conteneurs de séquestration de carbone de Lackner de l'Université d'État de l'Arizona, ainsi que d'autres projets tels que L'installation de piégeage du carbone de Climeworks vient d'ouvrir ses portes en Suisse, représentent l'une des technologies de capture et de stockage de gaz à effet de serre les plus largement discutées proposées aujourd'hui. Connu sous le nom de captage et stockage directs de l'air, cette approche utilise des produits chimiques ou solides pour capturer le gaz de l'air, puis, comme dans le cas de BECCS, le stocke pour le long terme sous terre ou dans des matériaux durables.

Déjà utilisé dans les sous-marins sous la surface de l'océan et dans les véhicules spatiaux bien au-dessus, la capture directe de l'air peut théoriquement éliminer le CO2 de l'air mille fois plus efficacement que les plantes, selon Lackner.

La technologie, cependant, est embryonnaire. Et parce que cela nécessite de retirer les molécules de CO2 de tout le reste dans l'air, c'est un énorme porc énergétique. D'un autre côté, cette approche a le gros avantage d'être déployable n'importe où sur la planète.

Où partir d'ici? 

Si quelque chose ressort clairement de ce résumé, ce sont ces deux choses: Premièrement, il y a beaucoup de potentiel pour augmenter les efforts pour réduire les émissions de CO2 avec des stratégies pour augmenter l'élimination du CO2 de l'atmosphère. Deuxièmement, il y a beaucoup de travail à faire avant que nous puissions le faire à une échelle significative et d'une manière qui non seulement comble l'écart de carbone, mais protège également l'environnement et répond aux besoins humains plus immédiats.

"Sur la base de la technologie actuelle, il n'existe actuellement aucune combinaison de technologies d'émissions négatives pouvant être employées à une échelle suffisante pour atteindre l'objectif 2 ° C sans impacts vraiment significatifs", déclare Peter Frumhoff, directeur de la science et des politiques et un scientifique en chef avec l'Union des scientifiques concernés. "Nous pouvons en principe déployer des technologies d'émissions négatives, mais nous n'avons pas la compréhension ou les politiques pour le faire à une échelle suffisante."

Avec la nécessité de faire quelque chose de plus en plus urgent, les chercheurs commencent à regarder de plus près les avantages, les inconvénients et le potentiel des différentes opportunités et mis ensemble agendas de recherche avancer le plus prometteur aux bons endroits au bon moment. En mai 2017, un groupe d'étude de l'Académie nationale des sciences a commencé à une série de sessions de stratégie identifier les priorités de recherche pour aller de l'avant.

«Notre travail à ce comité est de recommander un programme de recherche pour résoudre beaucoup de ces problèmes, réduire les coûts, améliorer l'efficacité du programme, surmonter les obstacles à l'intensification, à la mise en œuvre et à la gouvernance, et surtout à la vérification. surveillance », a déclaré Stephen Pacala, professeur d'écologie et de biologie de l'évolution à l'université de Princeton vidéo décrivant l'initiative.

Cela dit, il est important de se rappeler que la technologie peut ne pas être le facteur limitant à long terme.

En fin de compte, le stockage du carbone n'est pas bon marché, admet Smith - mais, souligne-t-il, le changement climatique ne l'est pas non plus.

"Je ne pense pas que ce soit un défi technique", dit Deich. Je pense que c'est une volonté de payer et une volonté d'obtenir des règlements clairs, cohérents et équitables autour de ces solutions. »En d'autres termes, le stockage du carbone est en train de créer des marchés et / ou des politiques qui le récompensent. prise en compte des dimensions sociales et environnementales. "Ce n'est pas nécessairement" Ces choses peuvent-elles évoluer? " C'est: "Y a-t-il quelqu'un qui est prêt à payer pour les faire évoluer?"

Le moyen le plus évident de le faire serait d'apposer un prix au carbone, ce qui se traduirait par un avantage financier pour le mettre de côté.

En fin de compte, le stockage du carbone n'est pas bon marché, admet Smith - mais, souligne-t-il, le changement climatique ne l'est pas non plus.

Voici ce que dit Lackner: nous roulons à grande vitesse sur une montagne dans une voiture qui arrive à un virage en épingle à cheveux, et il ne s'agit pas vraiment de savoir si nous pouvons ralentir suffisamment de sorte que lorsque nous le faisons, nous rebondissons plutôt que de le catapulter dans l'oubli.

"Je ne peux pas garantir que ça marchera", dit-il de ses appareils de piégeage CO2. "Je suis un optimiste, mais je ne peux probablement pas le garantir. Le fait que cela ne fonctionne pas, la possibilité que cela ne fonctionne pas, n'est pas en soi une excuse pour ne pas essayer. Si nous ne réussissons pas, je suis certain que nous serons dans une période très difficile. " 

Cet article a paru sur Ensia

A propos de l'auteur

Mary Hoff est rédactrice en chef d'Ensia. En tant que communicatrice scientifique primée, elle possède plus de deux décennies d'expérience dans l'amélioration de la compréhension, de l'appréciation et de la gestion de notre environnement grâce aux médias imprimés et en ligne. Elle est titulaire d'un baccalauréat en zoologie de l'Université du Wisconsin et d'une maîtrise en communication de masse avec une spécialisation en communication scientifique de l'Université du Minnesota. Contactez-la à mary (at) ensia (dot) com.

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