Les processus d’altération naturelle améliorés augmentent le stockage du CO2

Les scientifiques doivent surmonter d’importants défis environnementaux si le monde veut atteindre ses objectifs de neutralité carbone d’ici 2050. Depuis la Révolution industrielle, la pollution d’origine humaine a atteint des niveaux sans précédent, endommageant les écosystèmes sensibles ainsi que la santé et modifiant les modèles climatiques. Une méthode pour lutter contre ce changement climatique qui pourrait réduire l’impact environnemental est le stockage du CO₂. Cependant, de nombreux facteurs limitent cette approche.

Heureusement, des scientifiques de Stanford ont présenté une méthode novatrice de capture et de stockage du CO₂ s’inspirant des anciennes techniques de production de béton. Cette solution très efficace et à faible coût pourrait révolutionner les industries et aider à prévenir de nouveaux dommages environnementaux. Voici ce qu’il faut savoir.

Capture du CO₂

Il est notable que la Terre possède un moyen très efficace de capturer le CO₂. Grâce au processus d’altération, les minéraux modifient leur composition chimique sur des milliers d’années, absorbant lentement le CO2 au cours de leur évolution.

Plus précisément, les minéraux silicatés riches en Mg de la Terre réagissent avec l’eau et le CO₂ atmosphérique. Cette réaction chimique provoque un échange d’ions, entraînant la formation d’ions bicarbonate et de minéraux carbonates solides. Ces deux types de minéraux offrent une excellente absorption du CO₂.

L’altération prend beaucoup de temps

Le processus d’altération fonctionne très bien si vous disposez d’un millénaire pour attendre son achèvement. Cependant, l’humanité suit un calendrier plus serré, car il est urgent de combattre les risques liés aux gaz à effet de serre et aux autres émissions. Ainsi, de nombreuses recherches ont été consacrées à la capture du CO₂ par d’autres méthodes.

Solutions de stockage du CO₂ artificielles

Depuis les années 1990, des progrès significatifs ont été réalisés dans le secteur de la capture du carbone. Les scientifiques ont mis au point plusieurs méthodes pour empêcher le carbone de s’échapper dans l’atmosphère. Parmi ces techniques, les méthodes de capture directe de l’air sont les plus avancées. Ces dispositifs utilisent de grands ventilateurs pour pousser l’air à travers des ports qui favorisent les réactions chimiques, transformant le carbone en substances moins nocives ou l’éliminant complètement de l’air.

Problèmes des systèmes de stockage du CO₂ actuels

Il existe plusieurs inconvénients aux méthodes de capture du CO₂ d’aujourd’hui. D’une part, les systèmes de capture directe de l’air sont coûteux à produire, à entretenir et à intégrer. Ces coûts supplémentaires les rendent peu pratiques pour de nombreuses entreprises et applications. De plus, ils sont énergivores, ce qui augmente davantage les coûts opérationnels de ces systèmes. Heureusement, cette situation est sur le point de changer.

Étude sur le stockage du CO₂

Une équipe de scientifiques de Stanford a récemment publié « Thermal Ca2+/Mg2+ exchange reactions to synthesize CO₂ removal materials » dans la revue scientifique Nature. L’étude a examiné la création d’un nouveau processus chimique qui active les minéraux silicatés inertes via une réaction d’échange d’ions.

Techniques d’altération améliorée

L’objectif de l’étude était de démontrer comment, grâce à l’utilisation de chaleur et de minéraux sélectionnés, le processus d’altération peut être accéléré de plusieurs siècles à quelques heures. L’équipe a commencé ses recherches en chauffant de l’oxyde de calcium avec des minéraux contenant des ions magnésium et silicate.

La chaleur contrôlée permet aux silicates de s’exciter et d’échanger des ions, créant ainsi deux minéraux avides de CO₂, l’oxyde de magnésium et le silicate de calcium. Ces minéraux hautement réactifs capturent et stockent le carbone atmosphérique à un rythme des milliers de fois plus rapide que leurs structures antérieures.

Inspiration

Il est intéressant de noter que l’inspiration de cette recherche révolutionnaire provient d’une ancienne méthode de mélange du béton. Le processus nécessitait que les ouvriers chauffent l’oxyde de calcium à 1 400 degrés dans un four. Ensuite, les bâtisseurs anciens ajoutaient du sable. Cependant, les chercheurs ont modifié cette étape pour leurs besoins.

Au lieu de cela, l’équipe a mélangé l’oxyde de calcium avec d’autres minéraux contenant des ions magnésium et silicate afin de créer de l’oxyde de magnésium et du silicate de calcium. Notamment, l’équipe a expérimenté différents minéraux, dont l’olivine, la serpentine et l’augite. Toutes ces options se sont avérées efficaces.

Test de stockage du CO₂

Des chimistes de l’Université Stanford ont testé la réactivité des nouveaux minéraux à température ambiante. Les tests ont utilisé à la fois du CO₂ pur et des environnements en plein air. Les essais ont consisté à exposer le silicate de calcium et l’oxyde de magnésium à l’air libre afin d’observer leur réactivité à température ambiante. Les résultats ont été révélateurs.

Résultats des tests

Les ingénieurs ont été heureux de constater que le CaCO3 et le CaSO4 ont réagi de manière quantitative avec divers silicates riches en Mg. Lorsqu’ils ont été exposés à l’eau et au CO₂ pur, les échantillons altérés en laboratoire ont absorbé le CO₂ à des taux sans précédent. Plus précisément, le silicate de calcium et l’oxyde de magnésium n’ont eu besoin que de deux heures pour achever leurs extractions de CO₂.

Test en plein air

Pour tester le nouveau matériau dans un environnement plus réaliste, l’équipe a mené des essais en plein air. Elle a utilisé des échantillons humides de silicate de calcium et d’oxyde de magnésium pour cette phase. Les minéraux ont fonctionné comme prévu. Leur capture du CO₂ était plus lente en raison d’une concentration de CO₂ nettement plus faible que lors des tests avec du CO₂ pur, mais elle restait bien plus efficace que les options naturelles.

Avantages de l’étude

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles une entreprise souhaiterait exploiter ces données afin d’améliorer son environnement. Tout d’abord, il s’agit d’une solution plus abordable comparée à la capture directe du carbone. Le processus prend un seul minéral réactif et en crée deux spécifiquement conçus pour éliminer le CO₂ sans pièces mobiles, ce qui renforce sa fiabilité.

Faible consommation d’énergie

Les ingénieurs ont noté que les mêmes conceptions de fours utilisées pour fabriquer du ciment étaient la méthode idéale pour produire les nouveaux minéraux. Cette approche nécessite moins de la moitié de l’énergie utilisée par les principales solutions de capture directe de l’air. Plus précisément, elle requiert -1 MWh par tonne de CO₂ retirée, ce qui en fait une solution intelligente pour la plupart des applications.

Accessible

Cette étude est considérée par beaucoup comme une révolution en raison de l’accessibilité des matériaux nécessaires à son fonctionnement. Actuellement, les scientifiques estiment qu’il existe 100 000 gigatonnes de réserves d’olivine et de serpentine. De plus, l’équipe a noté qu’il existe plus de 400 millions de tonnes de résidus miniers contenant des silicates adaptés, générés dans le monde entier. Ces options offrent largement suffisamment de matière pour contrer les problèmes de CO₂ de l’humanité.

De plus, comme ces matériaux peuvent être créés dans des fours standards, il n’existe pas de barrière technique majeure à surmonter. L’installation est simple, peut être déplacée et intégrée avec un minimum d’effort, et utilise des outils, minéraux et connaissances facilement disponibles. En outre, les fours à ciment fonctionnent pendant des décennies, réduisant les coûts de maintenance.

Évolutif

Un autre avantage majeur de cette étude est qu’elle introduit une option évolutive pour le stockage industriel du CO₂. Les systèmes de capture directe de l’air nécessitent de nombreux ajustements pour être intégrés, et leurs coûts peuvent les rendre inaccessibles à de nombreux fabricants à l’heure actuelle.

La méthode d’altération améliorée offre une alternative évolutive qui peut croître pour répondre aux besoins du secteur industriel mondial. Curieusement, l’équipe estime que chaque tonne de matériau réactif éliminera une tonne de dioxyde de carbone de l’atmosphère.

Applications du stockage du CO₂

Il existe de nombreuses applications pour une option de stockage du CO₂ pratique et abordable. Les entreprises continuent de chercher des moyens de respecter les restrictions carbone et l’objectif mondial de zéro émission nette. Cette technologie pourrait aider à atteindre cet objectif et faire des silicates riches en Mg une ressource précieuse simultanément.

Agriculture

Le secteur agricole pourrait le plus bénéficier de cette étude. Les agriculteurs dépensent beaucoup pour ajouter de l’alcalin au sol afin d’augmenter le pH de leurs champs et améliorer les récoltes. Cette technologie permettrait aux agriculteurs de retirer le carbone dans les silicates que les plantes peuvent exploiter tout en ajoutant des minéraux alcalins pour améliorer les rendements. De plus, les minéraux capturant le carbone stocké finiront par se diriger vers l’océan pour un stockage sûr et permanent.

Industrie

Il existe de nombreuses applications industrielles pour cette technologie. Par exemple, on pourrait imaginer un jour où les fabricants répartissent de l’oxyde de magnésium et du silicate de calcium sur d’immenses installations afin d’éliminer le CO₂ de l’air ambiant. Cette approche offre une option rentable et facile à mettre en œuvre.

Chercheurs de l’étude

Les chercheurs de Stanford Matthew Kanan et Yuxuan Chen ont dirigé l’étude sur le stockage du CO₂. Ils ont collaboré avec des équipes de Sanford et ont reçu une subvention de l’accélérateur de durabilité de la Stanford Doerr School of Sustainability. Maintenant, le groupe cherche des partenaires pour aider à développer et commercialiser leurs produits de stockage du CO₂.

Entreprises leaders du marché du stockage du CO₂

La volonté d’atteindre la neutralité carbone a contribué à créer une économie florissante du stockage du carbone. Ce secteur regroupe des entreprises qui développent, fournissent ou proposent des solutions fiscales de capture du carbone au marché. Ces sociétés ont connu une croissance significative au cours des cinq dernières années en raison de la demande accrue d’énergie propre et de contrôle de la pollution. Voici une entreprise qui continue de dominer l’industrie.

Quanta Services, Inc.

Quanta Services, Inc (PWR ) est entrée sur le marché en 1997. Son fondateur, John R. Colson, souhaitait offrir aux entreprises des solutions d’infrastructure énergétique. En 1998, Quanta Services est devenue une société cotée en bourse. En moins d’une décennie, elle a été inscrite sur l’indice S&P 500. Aujourd’hui, l’entreprise propose des produits couvrant de nombreux secteurs, notamment la capture du CO₂, la production d’énergie, les énergies renouvelables et bien d’autres.

Quanta Services, Inc. est un concurrent majeur dans l’industrie de la capture du CO₂. Elle emploie actuellement 58 400 salariés et propose ses produits à l’échelle mondiale. L’entreprise a fait preuve de résilience face aux conditions de marché volatiles et possède une capitalisation boursière actuelle de 38,42 milliards de dollars. Ces facteurs, combinés à son passé réputé, font de Quanta Services Inc. un ajout judicieux à votre portefeuille.

Dernières nouvelles de Quanta Services

Le stockage du CO₂ grâce à l’altération naturelle améliorée constitue une avancée majeure

L’avenir du stockage du CO₂ dépendra de nombreux facteurs. Cette recherche récente ouvre la voie à un nettoyage du CO₂ à grande échelle. Il est intéressant de noter que les ingénieurs peuvent actuellement produire 33 livres de matériau silicaté chaque semaine. Cependant, des millions de tonnes d’oxyde de magnésium et de silicate de calcium sont disponibles. Ainsi, leurs prochaines étapes consisteront à forger des partenariats pour améliorer les processus d’extraction et de conversion.

Le concept d’éliminer de façon permanente des milliards de tonnes de CO₂ de l’atmosphère en utilisant l’approvisionnement inépuisable de minéraux sur Terre est logique. Ainsi, cette percée scientifique pourrait avoir un impact retentissant sur l’industrie de la capture du CO₂ et amener cette technologie à devenir aussi courante que les climatiseurs. Pour l’instant, vous devez saluer l’ingéniosité des efforts et de la créativité de l’équipe.

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Référence de l’étude:

^{1. Chen, Y., Kanan, M.W. Réactions d’échange thermique Ca2+/Mg2+ pour synthétiser des matériaux d’élimination du CO2. Nature 638, 972–979 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08499-2}