Installation Mammoth : Élever la barre pour les technologies de capture directe de l’air

Le Département de l’Énergie du gouvernement des États-Unis définit la tâche cruciale de la technologie de Capture Directe de l’Air comme une « forme d’élimination du dioxyde de carbone qui prélève le CO₂ de l’air ambiant, ou même stagnant. Le CO₂ séparé peut alors être stocké de façon permanente profondément sous terre, ou être converti en produits. »

Selon les estimations disponibles, la taille du marché de la capture directe de l’air devrait connaître une croissance phénoménale dans les années à venir, passant de plus de 23,59 millions $ US en 2022 à plus de 614,07 millions $ US en 2028. Cela représente un TCAC de plus de 72 %, soit une croissance d’environ 30 fois en six ans.

Mais qu’est-ce qui alimente cette croissance pour les technologies DAC ? Éliminer le dioxyde de carbone sert à faire baisser la température mondiale. Le dioxyde de carbone retient la chaleur en absorbant la lumière solaire qui est réémise depuis la surface de la Terre sous forme d’ondes infrarouges. Contrairement à l’oxygène et à l’azote, qui n’interfèrent pas avec les ondes infrarouges, le dioxyde de carbone absorbe cette énergie infrarouge.

Dans ce processus d’absorption, l’énergie infrarouge subit des vibrations et est réémise dans toutes les directions. Environ la moitié de cette énergie s’échappe dans l’espace, et l’autre moitié revient sur Terre sous forme de chaleur, contribuant à « l’effet de serre », selon les scientifiques.

Retirer le dioxyde de carbone de l’atmosphère nous aiderait à éliminer la menace imminente du réchauffement climatique, c’est‑à‑dire la hausse des températures à l’échelle mondiale.

Bien qu’il existe de nombreuses façons de combattre cette menace, la capture directe de l’air se distingue par ses avantages en termes d’impact sur les ressources de la Terre.

Par exemple, la consommation d’énergie de cette technique n’est pas « non triviale ». Selon les estimations, atteindre une capacité de capture de 7 à 9 millions de tonnes par an aux États‑Unis d’ici 2030 représenterait 0,3 à 0,4 % de la production électrique actuelle des États‑Unis.

Cette technologie ne nécessite pas d’empiéter sur les terres arables. Sa consommation d’eau pourrait également diminuer sensiblement avec le développement de systèmes DAC à sorbant solide.

Les avantages des systèmes DAC et leur potentiel à bénéficier à la planète ont inspiré de nombreux acteurs à développer des solutions DAC innovantes et optimisées. Récemment, une entreprise qui a constamment réalisé un travail remarquable dans ce domaine est Climeworks. Elle a notamment lancé sa dernière installation : Mammoth.

Dans les sections suivantes, nous examinerons de quoi il s’agit, cette installation située en Islande, qui serait environ dix fois plus grande que l’usine précédente de Climeworks, Orca.

Installation Mammoth de Climeworks : Quels sont ses objectifs ?

L’objectif principal de la mise en place de la installation Mammoth était de répondre à la demande croissante de projets DAC. L’entreprise affirme que la nouvelle installation l’aidera à augmenter sa capacité « de quelques milliers de tonnes à plusieurs dizaines de milliers par an — une étape importante sur la voie d’une capacité de mégatonnes d’ici 2030 et de gigatonnes d’ici 2050. »

Avant d’approfondir la façon dont Climeworks prévoit de réaliser cette tâche, examinons quelques aspects opérationnels supplémentaires afin de mieux comprendre le contexte de son ambition et de son échelle.

Le projet est actuellement en service et poursuit sa vision d’augmentation progressive. Située à Hellisheidi, en Islande, la capacité annuelle de l’installation, selon sa conception, pourrait atteindre jusqu’à 36 000 tonnes de CO₂. Bien que l’installation, à son niveau le plus basique, fournisse une expérience d’ingénierie et d’exploitation pour le facteur d’échelle 10× de Climeworks, elle ajoutera de la valeur en aidant à développer la chaîne d’approvisionnement et en apportant une capacité supplémentaire de retrait de carbone de haute qualité sur le marché.

L’installation a été lancée il y a 18 mois, le 28 juin 2022, pour être précis. À ce jour, l’entreprise indique que l’infrastructure de l’usine est pleinement en place, avec 90 % des systèmes opérationnels, y compris celui du partenaire de stockage Carbfix.

En évoquant la vision qui a conduit cet exercice d’augmentation de capacité, Christoph Gebald, co‑fondateur et co‑PDG de Climeworks, a déclaré :

« Sur la base des courbes d’augmentation les plus réussies, atteindre une gigatonne d’ici 2050 signifie livrer à l’échelle de la mégatonne d’ici 2030. Personne n’a jamais construit ce que nous construisons aujourd’hui dans le domaine du DAC, et nous sommes à la fois humbles et réalistes : la façon la plus certaine de réussir est de faire fonctionner la technologie dans le monde réel le plus rapidement possible et de la déployer sans relâche. »

En développant davantage ce que représente l’usine et ses implications, Jan Wurzbacher, co‑fondateur et co‑PDG de Climeworks, a ajouté :

« Disposer de l’infrastructure de base en place et opérationnelle en seulement 18 mois constitue une preuve de la capacité de Climeworks à augmenter rapidement son échelle, avec des cycles de développement fulgurants, sur son chemin vers une capacité de gigatonne d’ici 2050. »

Mais comment prévoit‑elle de parcourir ce chemin de la mégatonne à la gigatonne ? Essayons de comprendre.

Comment l’installation fonctionnera‑t‑elle ?

L’installation Mammoth de Climeworks possède une salle de traitement au centre, utilisée pour traiter et conditionner le dioxyde de carbone capturé avant son séquestrage souterrain. Le processus consiste à purifier et condenser le CO₂ avant qu’il ne soit dissous dans l’eau et séquestré sous terre par Carbfix, où il se transformera en pierre grâce à la minéralisation. En plus de ses unités opérationnelles, la salle de traitement comprendra également des salles de contrôle, des bureaux et un centre de visite.

Conforme à la capacité qu’elle doit gérer, l’installation Mammoth disposera de 72 conteneurs collecteurs pour capter le CO₂ de l’air, tandis qu’Orca ne compte que huit conteneurs collecteurs.

De plus, l’installation Mammoth abrite également une salle de maintenance visant à améliorer l’efficacité lors des travaux d’entretien.

En évoquant la philosophie opérationnelle de l’installation, Douglas Chan, directeur des opérations chez Climeworks, a déclaré :

« Cela illustre très bien l’approche de Climeworks pour piloter l’industrie du DAC : une accélération continue tout en donnant vie aux normes opérationnelles les plus rigoureuses. »

Plusieurs autres entreprises sont également actives dans le domaine du DAC. Dans les sections à venir, nous discuterons de quelques‑unes de ces sociétés.

#1. Aircapture

Le fonctionnement unique d’Aircapture consiste à installer des unités modulaires de Capture Directe de l’Air (DAC) sur les sites de production de ses clients, créant ainsi un approvisionnement direct en CO₂ propre dans leurs processus de fabrication. L’entreprise affirme que la commercialisation du dioxyde de carbone atmosphérique est la solution la plus efficace et évolutive pour améliorer l’environnement et l’économie.

Elle a adopté une approche hyper‑locale, ce qui réduit les risques de chaîne d’approvisionnement et élimine l’empreinte carbone du marché traditionnel. Parmi les facteurs qui distinguent Aircapture figurent une fiabilité accrue, des normes de qualité améliorées, un coût réduit et des produits plus propres avec des émissions nettement diminuées.

Les solutions formulées par Aircapture la rendent prête pour un large éventail de scénarios d’application, notamment la fabrication de boissons, l’agriculture en serre, et plus encore. Par exemple, elle est capable de produire du dioxyde de carbone liquide de qualité boisson avec une faible teneur en oxygène, à différents volumes et calendriers de production.

Elle peut aider à remplacer les matières premières à forte intensité d’émissions nécessaires à la fabrication de carburants synthétiques par du dioxyde de carbone propre et de haute qualité. Aircapture aide également à produire du CO₂ sur les sites de croissance de ses clients, permettant ainsi de répondre à leurs besoins quotidiens et d’améliorer les rendements des cultures.

Le dioxyde de carbone d’Aircapture est injecté de façon permanente dans des blocs de béton ou du béton prêt à l’emploi, améliorant les normes des méthodes de cure existantes.

Comme le projet Mammoth, Aircapture participe également à des études et expériences visant à exploiter la chaleur résiduelle et l’énergie décarbonée pour séquestrer géologiquement le dioxyde de carbone de l’atmosphère.

Enfin, le dioxyde de carbone liquide d’Aircapture peut également être transformé en glace carbonique, répondant aux besoins des clients du commerce de détail, du transport et de la logistique. La glace carbonique est réputée pour faciliter l’expédition de produits périssables et pour d’autres usages industriels.

En avril 2022, Aircapture, avec la société de conversion du CO₂ OCOchem et d’autres partenaires, a remporté une subvention de 2,93 millions $ du Département de l’Énergie des États‑Unis pour concevoir et ingénier un système intégré de capture et de conversion du dioxyde de carbone co‑localisé à l’usine d’opérations fertilisantes de Nutrien à Kennewick, dans l’État de Washington.

En évoquant la subvention et ses avantages, Matt Atwood, fondateur et PDG d’Aircapture, a déclaré :

« Notre technologie modulaire sur site, qui prélève le CO₂ de l’air et l’intègre directement dans les processus de production de nos clients, répond aux défis climatiques tout en apportant de la valeur à nos clients et constitue un choix idéal pour ce projet avec Nutrien. »

#2. Greenlyte Carbon Technologies

Une autre société qui a réalisé un travail significatif dans le domaine du DAC est Greenlyte Carbon Technologies. Fondée en 2022 par deux entrepreneurs en série et un chercheur DAC très expérimenté, Greenlyte, basée à Essen, s’appuie fortement sur son écosystème environnant composé d’universités techniques de premier plan ainsi que de géants mondiaux de la chimie, de l’industrie et de l’énergie.

Au cours de l’exercice opérationnel 2022‑2023, Greenlyte a achevé la construction du premier prototype à cycle continu et du démonstrateur DAC de 100 tonnes.

Sa vision pour l’avenir inclut la mise en place d’une exploitation robuste, efficace et rentable à une échelle significative d’ici 2027. D’ici 2035, l’entreprise souhaite finaliser la « platformisation », rendant les opérations robustes, efficaces et rentables à grande échelle une réalité. Et d’ici 2050, Greenlyte ambitionne de porter sa production annuelle à 100 MT et de devenir un leader mondial dans le domaine du DAC.

Un des principaux atouts de Greenlyte qui en fait un candidat idéal pour le leadership DAC est son procédé à faible énergie et faible CAPEX pour la capture et l’utilisation du dioxyde de carbone. Le gaz provient des flux gazeux, plus précisément de l’air ambiant. La conversion subséquente du dioxyde de carbone et de l’hydrogène conduit à la dérivation d’hydrocarbures qui ajoutent de la valeur au processus et rendent la technologie rentable.

Greenlyte optimise davantage sa technologie en adoptant une approche entièrement cyclique, où l’absorbant usagé est régénéré par électrolyse puis réutilisé pour l’absorption. Plusieurs des références de procédé, incluant l’absorption dans une solution de sorbant liquide, la précipitation sous forme d’hydrogénocarbonate et la désorption par électrolyse, sont protégées par des brevets déposés par Greenlyte.

En mars 2024, Greenlyte Carbon Technologies a clôturé une levée de fonds pré‑série A de 10,5 M€. En plus de la forte participation de tous les investisseurs, à savoir Earlybird Venture Capital, Green Generation Fund, Carbon Removal Partners et le membre du conseil d’administration Dr Udo Jung, Partech a rejoint le groupe d’investisseurs.

Ce financement valide la traction que Greenlyte a récemment obtenue sous forme de partenariats et d’accords d’achat à forte valeur ajoutée. L’entreprise a remporté deux subventions du Fonds européen pour le développement régional et a maintenant levé plus de 20 M€ en capitaux propres et subventions combinés depuis sa création il y a 18 mois.

En expliquant l’importance des fonds levés, Florian Hildebrand, PDG et co‑fondateur de Greenlyte, a déclaré : « Avec ces nouveaux fonds, nous pourrons faire passer notre équipe de 30 à 50 personnes, nous permettant de développer la technologie et son déploiement en parallèle avec notre mise sur le marché accélérée, d’accélérer notre montée en échelle et de réduire les coûts plus rapidement. Cette levée prouve notre ambition de bâtir rapidement un champion mondial du DAC. »

L’avenir avec des technologies de capture directe de l’air plus efficaces

Les gouvernements du monde entier ont compris les bénéfices des technologies de Capture Directe de l’Air. En conséquence, ils ont commencé à soutenir et à encourager les projets DAC de la meilleure façon possible.

Par exemple, le Département de l’Énergie des États‑Unis a désigné trois de ses bureaux — Fossil Energy and Carbon Management, Clean Energy Demonstrations et l’Advanced Research Projects Agency‑Energy — à la mission de soutenir la recherche, le développement et la démonstration de la capture directe de l’air. Cette recherche couvre de nombreux aspects, dont l’exploration de la science et de la technologie liées aux matériaux, aux produits chimiques ainsi qu’aux processus biochimiques et géologiques associés à la capture, à la conversion et au séquestrage du CO₂.

Une des initiatives les plus populaires dans ce domaine a été l’initiative Carbon Negative Shot — un appel à l’innovation pour les voies de retrait du dioxyde de carbone qui capturera le CO₂ de l’atmosphère et le stockera à l’échelle du milliard de tonnes pour moins de 100 $ par tonne métrique nette d’équivalent CO₂.

Des efforts comme ceux‑ci, combinés aux investissements du secteur privé, contribueront certainement à faire des progrès significatifs non seulement en élevant la barre, mais aussi en rendant cette barre accessible à l’industrie et aux producteurs de dioxyde de carbone du monde entier.

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