Énergie
Solutions alternatives pour la capture du CO2
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Capturer le CO2 est crucial pour inverser avec succès les dommages que le réchauffement climatique pourrait bientôt infliger à notre climat. Cependant, il existe un conflit entre ce que la civilisation humaine souhaite idéalement accomplir et la réalité sur le terrain. L’Accord de Paris a marqué un engagement mondial à maintenir l’augmentation de la température moyenne mondiale bien en dessous de 2 °C au-dessus des niveaux préindustriels.
Alors que des efforts sincères étaient nécessaires pour limiter l’augmentation à 1,5 degré centigrade en s’éloignant des combustibles fossiles, les centrales électriques alimentées au charbon et au gaz continuent de dominer le secteur mondial de l’électricité, rapporte l’International Energy Association (IEA).
En fait, malgré une poussée mondiale pour se diriger plus vigoureusement vers les sources d’énergie renouvelable, l’énergie produite à partir de combustibles fossiles a augmenté de 70 % depuis 2000. Le charbon reste la principale source de combustible pour la production d’électricité, à 38 %, suivi du gaz à environ 20 %.
Les politiques mises en œuvre à l’échelle mondiale cherchent à s’attaquer aux émissions des centrales au charbon existantes et de celles being built aujourd’hui. Pourtant, une réduction ou une baisse des émissions de CO2 ne garantit pas l’absence de carbone piégeant la chaleur. L’IEA suggère que même après que les émissions de CO2 du parc de centrales au charbon existant diminuent d’environ 40 %, les émissions annuelles s’élèveraient encore à 6 GtCO2 par an en 2040.
Dans un tel scénario, atteindre nos objectifs climatiques ne serait pas possible en réduisant uniquement les émissions. Des solutions alternatives seraient nécessaires pour capturer le carbone afin qu’il puisse être utilisé et stocké à grande échelle. Mais ces solutions devraient être globalement viables, rentables et durables à long terme.
Récemment, dansune étude publiée le 1er mai dans la revue ACS Energy Letters, des chercheurs de CU Boulder et leurs collaborateurs ont révélé qu’une approche populaire que de nombreux ingénieurs explorent pour capturer le carbone échouerait.
Cependant, l’équipe de chercheurs, comprenant des scientifiques travaillant au National Renewable Energy Laboratory à Golden, Colorado, et à l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, ne s’est pas arrêtée à souligner le défaut du système existant mais a également recommandé une solution alternative et plus durable non seulement pour capturer le carbone mais aussi le convertir en carburant.
Dans les prochains segments, nous examinerons ce que la solution originale recommandait, quels étaient ses défauts, et comment those flaws could be corrected avec une solution alternative!
La solution originale pour capturer le carbone
Par solution originale, nous entendons l’une des approches de capture directe de l’air les plus largement utilisées, qui implique des contacteurs d’air, de grands ventilateurs qui aspirent l’air dans une chambre remplie d’un liquide basique. Comme le CO2 est acide par nature chimique, le liquide basique se lie à lui et réagit pour former un carbonate ou un bicarbonate.
Avec le CO2 piégé dans le carbonate ou le bicarbonate, les ingénieurs peuvent le séparer du liquide et le transformer en produits tels que les plastiques, les boissons gazeuses, etc. Si ces carbonates et bicarbonates subissent un traitement supplémentaire, ils peuvent même servir de carburant pour alimenter des maisons et, potentiellement, des avions. D’autre part, le liquide basique revient dans la chambre pour capturer davantage de CO2.
Bien que la solution semble être une configuration parfaite pour capturer le carbone et le valoriser pour une utilisation ultérieure, il existe un problème.
Le problème avec la solution originale
Le problème réside dans la façon dont le carbonate ou le bicarbonate est séparé du liquide. Libérer le CO2 piégé oblige les entreprises à chauffer la solution de carbonate et de bicarbonate à au moins 900 °C (1 652 °F). Cette est une température que les sources d’énergie renouvelable comme le solaire et l’éolien ne peuvent pas atteindre. Par conséquent, atteindre cette température nécessite la combustion de combustibles fossiles comme le gaz naturel ou le méthane pur.
En parlant de ce piège caché dans le système, Wilson Smith, professeur au Département de génie chimique et biologique et membre de le Renewable and Sustainable Energy Institute à CU Boulder, a déclaré ce qui résume essentiellement le problème :
“Si nous devons libérer du CO2 pour capturer du CO2, cela annule tout le but de la capture du carbone.”
La bonne nouvelle est que les chercheurs sont allés au-delà de la tâche à accomplir. En plus de souligner les défauts du système, ils ont suggéré une alternative qui pourrait corriger la divergence.
Le remède alternatif pour la solution originale
Les chercheurs ont suggéré de déployer le processus de capture réactive pour résoudre le problème. Cependant, ils ont recommandé d’ajuster le domaine conventionnel du processus de capture réactive.
La capture réactive, dans sa forme traditionnelle, désigne un processus où l’électricité est appliquée aux solutions de carbonate et de bicarbonate, séparant le CO2 et le liquide basique dans la chambre. On l’appelle également un système en boucle fermée qui peut capturer davantage de CO2 sous forme de liquide recyclé.
Cependant, dans ce cas, les chercheurs ont constaté un inconvénient. Ils ont observé que, dans un contexte industriel, l’électricité serait insuffisante pour régénérer le liquide basique afin de recapturer davantage de CO2 de l’air. Ce serait un processus tellement inefficace dans sa forme originale qu’après cinq cycles de capture et de régénération du carbone, le liquide basique serait à peine capable d’extraire du CO2 de l’air.
Les chercheurs ont recommandé d’ajouter l’électrodialyse au processus comme solution. Cette méthode offre plusieurs avantages. Principalement, elle peut fonctionner avec de l’électricité renouvelable. De plus, elle peut scinder davantage d’eau en ions acides et basiques, maintenant la capacité du liquide basique à absorber plus de CO2. Wilson Smith a qualifié la réalisation de cette équipe de « résoudre plusieurs problèmes avec une seule technologie », à juste titre !
Bien qu’il incombe aux chercheurs d’innover de nouvelles solutions et d’affiner celles existantes pour augmenter l’efficacité, les entreprises ont également une responsabilité, et de nombreuses sociétés excellent dans l’accomplissement de cette responsabilité. Dans les sections ci-dessous, nous examinerons quelques-unes de ces entreprises qui ont proposé des solutions innovantes et efficaces dans ce domaine.
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#1. Graphyte
Graphyte se positionne comme la première et unique solution d’élimination du dioxyde de carbone au monde qui est durable, abordable et immédiatement évolutive. En termes de durabilité, Graphyte affirme que ses solutions sont capables de retirer le dioxyde de carbone pendant plus d’un millier d’années.
En termes d’abordabilité, l’entreprise rend ses solutions disponibles à un coût de production nivelé inférieur à 100 $ US/ton et en évolutivité, l’entreprise affirme pouvoir atteindre un niveau où l’élimination de milliards de tonnes de carbone est une possibilité réalisable.
La méthode spécifique de Graphyte suit l’approche du Carbon Casting, qui exploite la biomasse facilement disponible, comme les résidus de bois et d’opérations agricoles. Graphyte sèche et compresse cette biomasse pour la transformer en blocs de carbone denses. Ces blocs sont dotés d’une barrière imperméable respectueuse de l’environnement qui assure un stockage sûr dans des sites souterrains de pointe.
En parlant de la méthode de Graphyte, Barclay Rogers, le fondateur et PDG de l’entreprise, a déclaré :
“Le Carbon Casting permet à la nature de capturer efficacement le CO2, puis exploite les techniques d’ingénierie pour le stocker sur des échelles de temps pertinentes pour le climat. C’est une solution qui peut être mise en œuvre partout, qui changera le marché, et plus important encore, qui aidera à sauver la planète.”
Le Carbon Casting peut conserver presque tout le carbone capturé dans la biomasse et consomme très peu d’énergie. C’est un processus d’élimination du carbone à faible coût mais durable qui combine la photosynthèse avec l’ingénierie pratique.
Le potentiel de Graphyte lui a permis de gagner la confiance et la crédibilité de la communauté des investisseurs. Elle a terminé son tour de financement Series A avec un total de 30 millions de dollars US. Le tour a été conjointement dirigé par Prelude Ventures et Carbon Direct Capital et a également inclus des contributions d’investisseurs actuels tels que Breathable Energy Ventures et Overture.
Alors que des entreprises innovantes financées par actions comme Graphyte ont émergé avec leurs solutions de nouvelle génération, il existe des sociétés publiques bien établies comme Linde qui se sont aventurées dans la capture du carbone basée sur l’adsorption et la récupération du dioxyde de carbone.
#2. Linde
La HISORP® CC solution de capture du carbone basée sur l’adsorption, la dernière addition au portefeuille de capture du carbone de Linde, complète ses technologies éprouvées d’adsorption à pression variable (PSA) et de membranes.
La solution HISORP CC sépare le CO2 des gaz de procédé sur une large gamme de concentrations d’alimentation en CO2. Elle exploite plusieurs technologies Linde, dont l’adsorption à pression variable (PSA), la séparation cryogénique et la compression, pour atteindre un taux de capture de plus de 99 %, précisément 99,7 %.
L’un des plus grands avantages de cette solution est qu’elle fonctionne avec de l’énergie provenant de sources renouvelables. Le processus de régénération ne nécessite pas de vapeur, assurant une empreinte carbone minimale.
De plus, HISORP CC est une technologie à faible CAPEX et faible OPEX avec un taux de consommation énergétique spécifique minimal et est disponible à presque aucun coût supplémentaire pour la gestion des solvants, la préparation, et la manipulation.
Linde a veillé à ce que la technologie reste largement compatible et inclusive afin qu’elle puisse être combinée avec l’ensemble du spectre des solutions Linde, y compris le reformage à la vapeur de méthane (SMR), le reformage autotermique (ATR), l’oxydation partielle (POX) ou la gazéification. Elle favorise l’intégration dans les usines existantes et nouvelles pour le SMR, le POX et l’ATR, même avec une production accrue d’hydrogène.
En 2023, Linde, en tant que leader mondial des gaz industriels et de l’ingénierie, a enregistré des ventes de 33 milliards de dollars US.
Alors que les entreprises sont engagées dans leurs objectifs, l’apprentissage et l’échange entre les entreprises et les instituts de recherche sont mutuels. Dans la section de conclusion, nous examinerons la recherche technologique dans ce domaine qui peut transformer l’avenir de la capture du carbone en la rendant plus efficace et efficiente.
L’avenir de la capture du carbone : un outil au potentiel transformateur
En juillet 2024, un groupe de chercheurs a proposé une plateforme holistique pour accélérer la capture du carbone basée sur les sorbants. Ils ont nommé la plateforme PrISMa, qui signifie Conception de matériaux sorbants sur mesure informée par le processus.
La plateforme a tenté de rendre le déploiement à grande échelle des technologies de capture du carbone plus efficace en carbone. Elle a souligné la nécessité de rassembler les composants fragmentés et leurs implémenteurs sous une même bannière.
Alors que les chimistes se concentraient auparavant sur la conception des matériaux et les ingénieurs sur l’optimisation des processus, la plateforme PrISMa a intégré les matériaux, la conception de processus, la techno-économie et l’évaluation du cycle de vie. Elle a comparé plus de 60 études de cas de capture du CO2 provenant de diverses sources dans 5 régions mondiales en utilisant différentes technologies.
Elle a ensuite informé simultanément divers acteurs des coûts-efficacité des technologies, des configurations de processus et des emplacements. Elle a également révélé les caractéristiques moléculaires des sorbants les plus performants et offert des informations exploitables sur les impacts environnementaux, les co-bénéfices et les compromis. Le résultat final visait à unir les parties prenantes dès les premières étapes de recherche, accélérant le développement de la technologie de capture du carbone dans la course vers un monde net zéro.
Les scientifiques responsables du développement de PrISMa, Berend Smit à l’EPFL et Susana Garcia à l’Université Heriot-Watt, sont très optimistes quant à l’utilisabilité réelle de la méthode. Selon le professeur Berend Smit:
“Cette approche innovante accélère la découverte de matériaux hautement performants pour la capture du carbone, dépassant les méthodes traditionnelles d’essais et d’erreurs.”
PrISMa possède un potentiel important pour l’avenir. En utilisant des données expérimentales et des simulations moléculaires, elle peut prédire les propriétés d’adsorption des matériaux sorbants potentiels.
Cela conduirait finalement la communauté des développeurs à être capable de faire des choix éclairés. Les propriétés de la couche processus de PrISMa permettent de mesurer et d’étalonner la performance des solutions de capture du carbone en aidant les scientifiques à calculer les paramètres de performance du processus, tels que la pureté, le rendement et les besoins énergétiques.
Un paramètre crucial qui fait le succès ou l’échec de toute solution scientifique ou technologique est sa viabilité économique. PrISMa peut évaluer la viabilité économique et technique d’une usine de capture du carbone. Enfin, elle peut évaluer les impacts environnementaux sur l’ensemble du cycle de vie de l’usine, garantissant une durabilité globale.
Dans l’ensemble, PrISMa n’est rien de moins que révolutionnaire ou transformateur.
Nous avons commencé notre discussion avec une solution largement adoptée qui a été jugée inadéquate et contre-productive. Maintenant, avec PrISMa à la disposition de la communauté scientifique, il serait possible de concevoir des solutions qui seraient écologiquement efficaces, évolutives et rentables dès le jour zéro.
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