Un «arbre mécanique» élimine environ 1,000 2022 fois plus rapidement le dioxyde de carbone de l'air qu'un arbre naturel. Le premier est de commencer à opérer en Arizona en XNUMX. Illustration via l'Université d'État de l'Arizona
Deux siècles de combustion de combustibles fossiles ont rejeté dans l'atmosphère plus de dioxyde de carbone, un puissant gaz à effet de serre, que la nature ne peut en éliminer. Au fur et à mesure que ce CO2 s'accumule, il emprisonne l'excès de chaleur près de la surface de la Terre, provoquant le réchauffement climatique. Il y a tellement de CO2 dans l'atmosphère maintenant que la plupart des scénarios montrent mettre fin aux émissions ne suffira pas à lui seul pour stabiliser le climat – l'humanité devra également éliminer le CO2 de l'air.
Le département américain de l'énergie a un nouveau objectif mettre à l'échelle capture d'air directe, une technologie qui utilise des réactions chimiques pour capter le CO2 de l'air. Alors que le financement fédéral pour la capture du carbone suscite souvent des critiques parce que certaines personnes y voient une excuse pour continuer à utiliser des combustibles fossiles, l'élimination du carbone sous une forme ou une autre être encore nécessaire, les rapports du GIEC montrent. La technologie d'élimination mécanique du carbone est en cours de développement et fonctionne à une très petite échelle, en partie parce que les méthodes actuelles sont extrêmement coûteuses et énergivores. Mais nouvelles techniques sont testés cette année qui pourraient aider à réduire la demande et le coût de l'énergie.
Nous avons demandé au professeur de l'Université d'État de l'Arizona Klaus Lackner, un pionnier du captage direct de l'air et du stockage du carbone, sur l'état de la technologie et son avenir.
Qu'est-ce que l'élimination directe du carbone et pourquoi est-elle considérée comme nécessaire ?
Lorsque je me suis intéressé à la gestion du carbone au début des années 1990, ce qui m'a poussé, c'est le constat que le carbone s'accumule dans l'environnement. Il faut de la nature des milliers d'années pour éliminer ce CO2, et nous sommes sur un trajectoire vers beaucoup plus de CO2 concentrations, bien au-delà de tout ce que les humains ont connu.
L'humanité ne peut pas se permettre d'avoir des quantités croissantes de carbone en excès flottant dans l'environnement, nous devons donc le récupérer.
Toutes les émissions ne proviennent pas de grandes sources, comme centrales électriques ou usines, où nous pouvons capter le CO2 à sa sortie. Nous devons donc gérer l'autre moitié des émissions - des voitures, des avions, prendre une douche chaude pendant que votre fournaise au gaz émet du CO2. Cela signifie extraire le CO2 de l'air.
Étant donné que le CO2 se mélange rapidement dans l'air, peu importe où dans le monde le CO2 est éliminé - l'élimination a le même impact. Nous pouvons donc placer la technologie de capture directe de l'air là où nous prévoyons d'utiliser ou de stocker le CO2.
La méthode de stockage est également importante. Stocker du CO2 pendant seulement 60 ou 100 ans n'est pas suffisant. Si dans 100 ans, tout ce carbone est de retour dans l'environnement, nous n'avons fait que prendre soin de nous, et nos petits-enfants doivent le découvrir à nouveau. Entre-temps, la consommation mondiale d'énergie augmente d'environ 2% par an.
L'une des plaintes concernant la capture directe de l'air, en plus du coût, est qu'elle est énergivore. Cette consommation d'énergie peut-elle être réduite ?
Deux utilisations importantes de l'énergie dans la capture directe de l'air consistent à faire fonctionner des ventilateurs pour aspirer l'air, puis à chauffer pour extraire le CO2. Il existe des moyens de réduire la demande d'énergie pour les deux.
Par exemple, nous sommes tombés sur un matériau qui attire le CO2 lorsqu'il est sec et le libère lorsqu'il est mouillé. Nous avons réalisé que nous pouvions exposer ce matériau au vent et qu'il se chargerait de CO2. Ensuite, nous pourrions le rendre humide et il serait libérer le CO2 d'une manière qui nécessite beaucoup moins d'énergie que d'autres systèmes. L'ajout de chaleur créée à partir d'énergie renouvelable augmente encore la pression de CO2, nous avons donc un gaz CO2 mélangé à de la vapeur d'eau à partir de laquelle nous pouvons collecter du CO2 pur.
Nous pouvons économiser encore plus d'énergie si la capture est passive – il n'est pas nécessaire d'avoir des ventilateurs qui soufflent l'air autour ; l'air se déplace tout seul.
Mon laboratoire est en train de créer une méthode pour ce faire, appelée arbres mécaniques. Ce sont de grandes colonnes verticales de disques recouverts d'une résine chimique, d'environ 5 pieds de diamètre, avec les disques distants d'environ 2 pouces, comme une pile de disques. Au fur et à mesure que l'air souffle, les surfaces des disques absorbent le CO2. Après environ 20 minutes, les disques sont pleins et ils s'enfoncent dans un tonneau en dessous. Nous envoyons de l'eau et de la vapeur pour libérer le CO2 dans un environnement clos, et maintenant nous avons un mélange à basse pression de vapeur d'eau et de CO2. Nous pouvons récupérer la majeure partie de la chaleur qui a servi à chauffer la boîte, de sorte que la quantité d'énergie nécessaire au chauffage est assez faible.
En utilisant l'humidité, nous pouvons éviter environ la moitié de la consommation d'énergie et utiliser des énergies renouvelables pour le reste. Cela nécessite de l'eau et de l'air sec, donc ce ne sera pas idéal partout, mais il existe également d'autres méthodes.
Le CO2 peut-il être stocké en toute sécurité à long terme, et y a-t-il suffisamment de ce type de stockage ?
J'ai commencé à travailler sur le concept de séquestration des minéraux dans les années 1990, dirigeant un groupe à Los Alamos. Le monde peut en fait stocker du CO2 de façon permanente en profitant du fait qu'il s'agit d'un acide et que certaines roches sont basiques. Lorsque le CO2 réagit avec des minéraux riches en calcium, il forme des carbonates solides. par minéraliser le CO2 comme ça, nous Peut stocker une quantité presque illimitée de carbone en permanence.
Par exemple, il y a beaucoup de basalte – roche volcanique – dans L'Islande qui réagit avec le CO2 et le transforme en carbonates solides en quelques mois. L'Islande pourrait vendre des certificats de séquestration du carbone au reste du monde parce qu'elle stocke du CO2 pour le reste du monde.
Il existe également d'énormes réservoirs souterrains de production de pétrole dans le bassin permien au Texas. Il existe de grands aquifères salins. En mer du Nord, à un kilomètre sous le fond de l'océan, l'énergéticien Equinor capte le CO2 d'une usine de traitement du gaz et le stocke un million de tonnes de CO2 par an depuis 1996, évitant la Norvège taxe sur les rejets de CO2. La quantité de stockage souterrain où nous pouvons effectuer la séquestration des minéraux est bien supérieure à ce dont nous aurons jamais besoin pour le CO2. La question est de savoir combien peut être converti en réserve prouvée
.Nous pouvons également utiliser la capture d'air directe boucler la boucle carbone – ce qui signifie que le CO2 est réutilisé, capturé et réutilisé à nouveau pour éviter d'en produire davantage. À l'heure actuelle, les gens utilisent le carbone des combustibles fossiles pour extraire de l'énergie. Vous pouvez convertir le CO2 en carburants synthétiques – essence, diesel ou kérosène – qui ne contiennent pas de carbone en mélangeant le CO2 avec hydrogène vert créé avec des énergies renouvelables. Ce carburant peut facilement être expédié par les pipelines existants et être stocké pendant des années, de sorte que vous pouvez produire de la chaleur et de l'électricité à Boston par une nuit d'hiver en utilisant l'énergie qui a été collectée sous forme de soleil dans l'ouest du Texas l'été dernier. Un plein de "syncarburant" ne coûte pas cher, et c'est plus rentable qu'une batterie.
Le ministère de l'Énergie s'est fixé un nouvel objectif de réduire les coûts d'élimination du dioxyde de carbone à 100 USD par tonne et de les augmenter rapidement en une décennie. Que doit-il se passer pour que cela devienne réalité ?
Le DOE me fait peur parce qu'ils donnent l'impression que la technologie est déjà prête. Après avoir négligé la technologie pendant 30 ans, nous ne pouvons pas simplement dire qu'il y a des entreprises qui savent comment le faire et tout ce que nous avons à faire est de le pousser. Nous devons supposer qu'il s'agit d'une technologie naissante.
Climeworks est la plus grande entreprise faisant du captage direct à des fins commerciales, et elle vend du CO2 à environ 500 $ à 1,000 $ la tonne. C'est trop cher. En revanche, à 50 dollars la tonne, le monde pourrait le faire. Je pense qu'on peut y arriver.
Les États-Unis consomment environ 7 millions de tonnes de CO2 par an en CO2 marchand - pensez aux boissons gazeuses, aux extincteurs, aux silos à grains, utilisez-le pour contrôler la poudre de grain, qui présente un risque d'explosion. Le prix moyen est de 60 $ à 150 $. Donc, en dessous de 100 $, vous avez un marché.
Ce dont vous avez vraiment besoin, c'est d'un cadre réglementaire qui stipule que nous exigeons que le CO2 soit stocké, puis le marché passera de la capture de kilotonnes de CO2 aujourd'hui à la capture de gigatonnes de CO2.
Où voyez-vous cette technologie aller dans 10 ans ?
Je vois un monde qui abandonne les énergies fossiles, probablement progressivement, mais qui a pour mandat de capter et de stocker tout le CO2 à long terme.
Notre recommandation est que lorsque le carbone sort du sol, il doit être assorti d'une élimination égale. Si vous produisez 1 tonne de carbone associé au charbon, au pétrole ou au gaz, vous devez mettre 1 tonne de côté. Il n'est pas nécessaire que ce soit la même tonne, mais il doit y avoir un certificat de séquestre cela garantit qu'il a été rangé et qu'il doit durer plus de 100 ans. Si tout le carbone est certifié dès sa sortie de terre, il est plus difficile de tromper le système.
Une grande inconnue est de savoir jusqu'à quel point l'industrie et la société feront pression pour devenir neutres en carbone. C'est encourageant de voir des entreprises comme Microsoft et Stripe achète des crédits carbone et des certificats pour éliminer le CO2 et prêts à payer des prix assez élevés.
Les nouvelles technologies peuvent prendre une décennie ou deux à pénétrer, mais si l'attrait économique est là, les choses peuvent aller vite. Le premier jet commercial était disponible en 1951. En 1965, ils étaient omniprésents.
A propos de l'auteur
Klaus Lackner, professeur d'ingénierie et directeur du Center for Negative Carbon Emissions, Arizona State University
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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