Capture directe de l’air: comment un réacteur de nouvelle génération pourrait connaître une adoption généralisée

A team of innovative engineers from Rice University has achieved a major milestone in the carbon capture industry with their latest development that could revolutionize the market. The researchers successfully created an electrochemical reactor that can enhance carbon capture from the atmosphere with unmatched efficiency and no harmful byproducts. Here’s how this new direct air capture method could make the world one step closer to achieving net-zero carbon emissions in the future.

Les émissions atteignent de nouveaux sommets entraînant des catastrophes climatiques

A rapport publié dans BioScience étudiant l’état actuel du climat a constaté que le monde est “au bord d’une catastrophe climatique irréversible.”  La même étude a montré que les émissions de combustibles fossiles ont atteint un niveau record. Cette hausse a été soulignée par le fait que les trois journées les plus chaudes jamais enregistrées se sont produites en juillet 2024. De plus, les températures de surface de la mer ont battu de nouveaux records en 2024 dans plusieurs régions.

Toutes ces données climatiques soulignent le fait indéniable qu’il est temps pour les gouvernements de prendre l’initiative. Heureusement, plusieurs approches sont à leur disposition. Promouvoir la durabilité et les énergies renouvelables est au cœur de cette démarche. De la promotion de davantage de véhicules électriques et de sources d’énergie alternatives à la taxation des fabricants gaspilleurs, il existe des solutions qui méritent d’être suivies.

Il n’existe toutefois pas d’option unique capable de résoudre ce problème. Les populations devront modifier leurs habitudes en parallèle des avancées technologiques pour remporter la victoire. L’une de ces technologies, la capture, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS), est considérée comme l’une des meilleures solutions pour atteindre ces objectifs.

Capture directe de l’air – Méthodes actuelles

Réduire les émissions de carbone est une priorité pour les environnementalistes du monde entier. Notamment, la capture directe de l’air est la méthode la plus répandue pour éliminer le CO₂ de l’atmosphère. Plusieurs procédés peuvent être mis en œuvre. Cependant, ils nécessitent tous l’utilisation de produits chimiques dangereux qui laissent des sous‑produits, ou une quantité importante d’énergie pour mener à bien le processus d’extraction.

Les méthodes les plus courantes utilisent des produits chimiques pour lier les atomes de carbone et d’oxygène des molécules gazeuses à d’autres composés dans des liquides spécialement sélectionnés. Le CO₂ est introduit via un flux de gaz mélangé de degrés et de concentrations variables afin de piéger les molécules de dioxyde dans le liquide. Une fois contenues dans les solutions, le processus d’extraction du CO₂ commence.

Le processus d’extraction est la partie la plus énergivore de la procédure. Selon les options de gaz, il peut nécessiter plusieurs étapes et des installations hautement spécialisées. Les méthodes les plus courantes d’extraction du CO₂ des solvants impliquent la chaleur, des réactions chimiques ou des procédés électrochimiques. De plus, le type de solvant utilisé détermine l’intensité et l’efficacité de cette approche.

Sorbants à base d’amines

La solution la plus répandue pour la capture du carbone est le sorbant à base d’amines. Cette solution est efficace pour piéger le CO₂ sans consommer beaucoup d’énergie. Cependant, elle est instable et toxique, entraînant des risques supplémentaires et des coûts de stockage après le processus.

Hydroxyde de sodium et de potassium

Les scientifiques ont également proposé une approche moins toxique utilisant des hydroxydes de sodium ou de potassium comme solvant de piégeage. Cette stratégie crée des liaisons solides entre le CO₂ et les atomes du solvant. Le problème est que ces liaisons sont si fortes qu’elles nécessitent une quantité énorme de chaleur pour se rompre, libérant ainsi le carbone. En conséquence, cette méthode est coûteuse et requiert beaucoup d’équipements spécialisés.

Étude du réacteur PSE pour la capture directe de l’air

Conscients des limites de ces technologies et de la demande évidente d’une solution plus durable et plus facile à intégrer, les ingénieurs de l’Université RICE se sont attelés à créer le premier dispositif de capture directe de l’air à température ambiante. L’équipe a publié ses résultats dans Nature Energy¹.

Source – RICE University

Le rapport présente le réacteur PSE (Electrolyte Solide Poros). Ce dispositif de régénération électrochimique repose sur l’énergie électrique pour séparer le carbone de l’air, plutôt que sur la chaleur ou d’autres méthodes plus coûteuses. Le réacteur décrit intègre une couche d’électrolyte solide poreux, permettant aux chercheurs d’optimiser les apports électriques. Ces apports dictent le mouvement des ions et le transfert de masse, guidant les molécules de CO₂ à l’aide du courant plutôt que de produits chimiques.

Résultats des tests du réacteur PSE pour la capture directe de l’air

Le réacteur a démontré avec succès qu’il pouvait éliminer le CO₂ sans recourir à la chaleur. Sa structure modulaire à trois chambres permet au réacteur de séparer l’absorbant alcalin dans une chambre et le dioxyde de carbone de haute pureté dans une autre. L’équipe a constaté que le réacteur pouvait scinder sélectivement les solutions NaHCO₃/Na₂CO₃ avec une capacité de capture de 90 %. De manière impressionnante, le réacteur n’a nécessité qu’une infime quantité d’énergie et s’est avéré résilient face à différents mélanges.

Production d’hydrogène

Le rapport a également constaté que le processus peut être utilisé pour cogénérer de l’hydrogène. Le carburant hydrogène est déjà utilisé pour alimenter divers appareils, chauffer les habitations et bien plus encore. Les piles à combustible à hydrogène peuvent produire de l’électricité de manière propre et efficace. Il est logique de les intégrer à l’objectif global de l’équipe visant à porter la durabilité à de nouveaux sommets.

Avantages que le réacteur PSE de capture directe de l’air apporte au marché

Cette recherche apporte de nombreux avantages. Tout d’abord, l’ensemble du projet repose sur des technologies déjà disponibles et éprouvées. Cette stratégie rend l’initiative plus pratique. Il est plus facile d’intégrer, de former de nouveaux utilisateurs et d’innover le processus, les produits tels que les piles à combustible à hydrogène étant commercialisés depuis une décennie.

Rentable

Un autre avantage majeur du réacteur PSE est ses faibles coûts d’exploitation et de construction. Les entreprises peuvent économiser des fonds en utilisant cette approche plutôt que des options gourmandes en chaleur ou gaspilleuses. Ainsi, beaucoup considèrent cette technologie comme un pas important vers la réduction du coût de la capture des émissions.

Réduction des barrières énergétiques

Un autre avantage majeur de la réduction de la consommation énergétique est qu’elle ouvre la technologie à davantage d’applications et d’industries. Le rapport a souligné la faible consommation d’énergie du processus, démontrant que celui-ci pourrait faire économiser beaucoup de temps aux entreprises à l’avenir.

Évolutif

L’évolutivité est un autre avantage qu’il ne faut pas négliger. Le réacteur PSE peut obtenir des résultats impressionnants en matière de capture du carbone sans nécessiter un investissement massif dans les infrastructures comme les usines de traitement du CO₂ actuelles. Ainsi, cette solution est mieux adaptée à l’économie d’aujourd’hui.

Propre

L’un des plus grands avantages que le réacteur PSE apporte au marché est sa capacité de traitement propre. Le rapport a démontré comment il peut séparer le CO₂ sans laisser de sous‑produits. Ces résultats montrent que la nouvelle méthode offre une grande durabilité.

Flexibilité

Le réacteur PSE a été testé dans différentes conditions environnementales afin d’évaluer son impact sur les performances. Il a été constaté que le réacteur possède une adaptabilité supérieure aux différentes réactions de cathode et d’anode, ce qui en fait la solution idéale pour la capture directe du CO₂ dans la plupart des scénarios.

Intégration

L’intégration de la plupart des méthodes de capture du CO₂ est un processus laborieux. Cette nouvelle approche réduira les délais d’intégration en éliminant le besoin de chaleur ou de produits chimiques. Le générateur entièrement électrique est beaucoup plus facile à introduire dans les systèmes d’entreprise que ses prédécesseurs, ouvrant la voie à des taux d’adoption élevés.

Chercheurs

Les chercheurs de l’Université Rice Xiao Zhang, Zhiwei Fang, Peng Zhu, Yang Xia et Haotian Wang ont dirigé le projet. Notamment, Wang travaille depuis des années sur le processus de décarbonisation. Désormais, l’équipe prévoit d’étendre ses tests afin d’évaluer la performance à l’échelle industrielle.

Entreprises qui peuvent bénéficier de l’étude de recherche sur la capture directe du carbone

Le secteur de la capture du carbone continue de se développer et l’intérêt pour les entreprises actives sur ce marché a augmenté. La combinaison de catastrophes naturelles plus fréquentes et d’un regain d’intérêt des législateurs souhaitant introduire des lois axées sur l’environnement, comme la taxe carbone, a créé des opportunités uniques pour les entreprises bien positionnées.

NET Power Inc

NPWR Graphique du prix

L’entreprise d’énergies renouvelables basée en Caroline du Nord, NET Power Inc (NPWR ) a été fondée en 2010 pour créer une turbine d’énergie électrique ne produisant aucune émission atmosphérique. La société a réussi sa mission grâce au soutien de divers investisseurs stratégiques et chercheurs. Aujourd’hui, elle est l’un des principaux fournisseurs de turbines à haute pression alimentées par du CO₂ supercritique.

Ces dispositifs recyclent les émissions de CO₂ afin de réduire les coûts d’exploitation et d’éliminer la pollution de l’air. Le projet a été un grand succès et est considéré par beaucoup comme une étape cruciale pour préparer les exigences électriques croissantes que les systèmes d’IA imposent au réseau.

NET Power Inc. est soutenue par Occidental, Baker Hughes (BKR ), Constellation et le groupe SK. Ce réseau, en coordination avec son approche innovante de la production d’énergie, fait de l’action NET Power Inc. une acquisition judicieuse pour les traders cherchant à accéder au secteur de l’énergie propre.

Aker Carbon Capture

Aker Carbon Capture est un fournisseur principal d’appareils commerciaux de capture du CO₂. Le projet a été lancé en août 2020 et est une filiale de la société d’investissement Aker Horizons. Cette société d’investissement se concentre sur le lancement d’entreprises de technologies propres susceptibles de révolutionner le marché.

Il convient de noter qu’Aker Carbon Capture a connu des hauts et des bas. Le projet a reçu la première contrainte de capture et de stockage du carbone pour une cimenterie dans le monde. En août 2024, il est devenu la première entreprise à obtenir un contrat pour concevoir et intégrer une installation de capture du carbone à grande échelle au service d’une usine de pâte et papier aux États‑Unis.

L’action Aker Carbon Capture, disponible uniquement sur le marché OTC, a connu une baisse régulière au cours des dernières années. Cependant, les résultats du troisième trimestre récent ont montré que l’entreprise détient 4,5 milliards de couronnes norvégiennes en liquidités et une position d’équité solide de 5,5 milliards de couronnes.

Cette croissance a été stimulée par un partenariat stratégique avec SLB, aboutissant à la création de SLB Capture. Les analystes considèrent ce partenariat comme un signal d’achat pour ACC.OL, qui est judicieusement positionnée pour croître dans l’économie de la capture du carbone.

Les améliorations de la technologie de capture directe de l’air pourraient stimuler l’économie verte

Lorsque l’on examine les avantages de la capture directe du carbone aérien lorsqu’elle est utilisée conjointement avec les énergies et pratiques renouvelables, il est facile de comprendre pourquoi beaucoup considèrent qu’il s’agit de la meilleure approche pour prévenir un effondrement climatique. Cette recherche récente fait progresser le processus de capture du CO₂, rendant possible l’introduction d’appareils de capture du CO₂ à une toute nouvelle échelle. Ainsi, la technologie est prête pour la prochaine étape de test, suivie du déploiement.

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Référence de l’étude :

^{1. Zhang, X., Fang, Z., Zhu, P., et al. (2025). Régénération électrochimique de CO₂ à haute pureté à partir de (bi)carbonates dans un réacteur à électrolyte solide poreux pour une capture du carbone efficace. Nature Energy, 10(1), 55–65. https://doi.org/10.1038/s41560-024-01654-z}