Capturer le carbone – les profondeurs océaniques sont-elles une solution viable ?

Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz à effet de serre important et le plus couramment produit, qui aide à retenir la chaleur dans notre atmosphère. Ce gaz qui retient la chaleur résulte de à la fois d’activités humaines et naturelles. 

Les sources naturelles comprennent des processus tels que les éruptions volcaniques et les animaux qui expirent du dioxyde de carbone comme déchet. Par ailleurs, les activités humaines entraînant des émissions de CO2 incluent les incendies de forêt et la production d’énergie qui implique l’extraction et la combustion de combustibles fossiles tels que le gaz naturel, le pétrole et le charbon. Environ 45 % du CO2 émis par les humains reste effectivement dans l’atmosphère, contribuant de manière substantielle au réchauffement climatique. 

Sans dioxyde de carbone, la planète Terre serait extrêmement froide, la rendant inhabitable. Cela dit, l’augmentation de la concentration de ce gaz dans notre atmosphère élève désormais les températures moyennes mondiales.

En 2019, les États‑Unis seuls ont émis 5 130 millions de tonnes métriques de CO2 lié à l’énergie tandis que les émissions mondiales se sont élevées à 33 621,5 millions de tonnes métriques, selon les estimations de l’Energy Information Administration des États‑Unis.

Par conséquent, l’intérêt pour la séquestration du carbone, un processus qui capture et stocke le dioxyde de carbone atmosphérique, croît. Cette approche vise à réduire les niveaux de CO2 atmosphérique et à atténuer le changement climatique mondial.

Les efforts pour soutenir cet objectif comprennent la transition vers des systèmes d’énergie propre et la décarbonisation des secteurs à fortes émissions tels que les transports et la construction. Parmi ces initiatives, la séquestration du carbone, en particulier, se distingue comme une méthode collaborative avec l’environnement naturel pour lutter contre le changement climatique.

La séquestration du carbone est une méthode clé pour éliminer le carbone de l’atmosphère terrestre, se concentrant principalement sur le stockage permanent du CO2. Ce processus peut se dérouler de deux manières : biologiquement et géologiquement.

La séquestration géologique du carbone implique le stockage du CO2 dans des formations souterraines. Selon l’évaluation nationale de 2013 de l’United States Geological Survey (USGS) sur la séquestration géologique du carbone, il existe un potentiel moyen de stockage estimé à 3 000 gigatonnes métriques de dioxyde de carbone. D’après l’évaluation de l’organisation, la région des plaines côtières, incluant les bassins côtiers du Texas à la Géorgie, possède le plus grand potentiel de stockage de CO2.

L’une des manières dont cela se fait est la production de graphène, qui nécessite du CO2 comme matière première. Le graphène est un matériau léger et flexible avec une très haute résistance, ce qui le rend bénéfique dans les secteurs de la construction, de l’énergie, de l’électronique et de la santé.

Ensuite, il existe des molécules d’ingénierie, dont la forme est modifiée pour former de nouveaux composés en capturant le CO2 de l’air. Le captage et le stockage du carbone (CCS) implique quant à lui la capture du CO2 produit par l’activité industrielle, sa compression et son transport vers des installations souterraines profondes, puis son injection dans des formations rocheuses pour un stockage permanent.

Injecter du dioxyde de carbone dans des réservoirs souterrains offre l’avantage d’augmenter la production pétrolière. Cependant, cette méthode n’est pas sans inconvénients. Des problèmes tels que la migration et les fuites de CO2, la contamination des eaux souterraines et les risques sismiques associés à l’injection peuvent survenir. De plus, de nombreuses régions du monde manquent de caractéristiques géologiques appropriées pour l’injection dans des réservoirs.

La séquestration biologique du carbone est appelée forme « indirecte » ou passive de séquestration. Dans cette méthode, le CO2 est stocké dans l’environnement naturel dans ce que l’on appelle des « puits de carbone », tels que le sol, les forêts, les prairies, les océans et d’autres masses d’eau.

Les forêts sont en fait considérées comme l’une des meilleures formes de séquestration naturelle du carbone. Après tout, les forêts stockent en moyenne deux fois plus de carbone qu’elles n’en émettent. Lors de la photosynthèse, le CO2 se lie aux plantes et est échangé contre de l’oxygène. On estime qu’un quart des émissions mondiales de CO2 est séquestré aux côtés des forêts dans d’autres formes végétales, telles que les prairies, les champs, les savanes, etc.

Concernant le sol : le CO2 est capturé et stocké sous forme de carbonates, qui s’accumulent sur des milliers d’années en se combinant avec des éléments comme le calcium. Bien que le CO2 finisse par être libéré de la Terre, ce processus prend des millénaires.

Dans les milieux aquatiques, y compris les grandes masses d’eau, ceux‑ci représentent un quart du CO2 retiré de l’atmosphère terrestre. Ce sont principalement les couches supérieures des océans qui stockent le carbone, mais des quantités excessives peuvent entraîner une acidification de l’eau et affecter négativement la biodiversité.

Un intérêt croissant se porte désormais sur le développement de technologies permettant à la séquestration du carbone de se réaliser à grande échelle.

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Méthode ultrarapide de séquestration du carbone

Des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont découvert une nouvelle méthode extrêmement rapide pour stocker le carbone capturé de l’atmosphère. Non seulement elle est plus rapide que les méthodes conventionnelles, mais elle ne nécessite pas les accélérants chimiques nocifs utilisés dans les méthodes traditionnelles ni d’agitation mécanique.

Publié dans ACS Sustainable Chemistry & Engineering, la nouvelle recherche a développé une technique pour la formation ultrarapide d’hydrates de dioxyde de carbone. Ces matériaux sont uniques et semblables à de la glace, capables d’enfouir le CO2 dans l’océan et d’empêcher leur libération dans l’atmosphère.

« Nous sommes confrontés à un énorme défi — trouver un moyen d’éliminer en toute sécurité des gigatonnes de carbone de notre atmosphère — et les hydrates offrent une solution universelle pour le stockage du carbone. Pour qu’ils constituent une part importante du puzzle du stockage du carbone, nous devons développer la technologie qui les fait croître rapidement et à grande échelle. »

– Vaibhav Bahadur, professeur au département Walker de génie mécanique

La recherche montre que les hydrates peuvent être cultivés rapidement, et ce, sans utiliser de produits chimiques qui neutralisent les avantages environnementaux du captage du carbone. De plus, l’équipe le considère comme une méthode très efficace pour le stockage du carbone à l’échelle du gigatonne. Et si certains obstacles et problèmes peuvent être surmontés, les hydrates pourraient devenir une méthode privilégiée pour capturer et stocker le carbone.

L’équipe a noté que la création de ces hydrates pour capturer le carbone a non seulement été un processus lent, mais aussi énergivore, ce qui a empêché cette méthode de devenir populaire pour le stockage du carbone à grande échelle, jusqu’à présent.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont réussi à obtenir jusqu’à une multiplication par six du taux de formation des hydrates par rapport aux méthodes précédentes. La rapidité du processus, combinée à l’absence de produits chimiques, rend les hydrates adaptés au stockage du carbone à grande échelle.

Mais ce qui élimine réellement le besoin de produits chimiques, permettant une absorption accrue, une efficacité énergétique et une rentabilité, c’est le magnésium, qui était le « sauce secrète » de la recherche.

Le magnésium (Mg), métal gris brillant à faible densité, point de fusion bas et haute réactivité chimique, se trouve naturellement en combinaison avec d’autres éléments. Le métal agit ici comme un déclencheur qui supprime la nécessité d’agents chimiques. L’ajout de magnésium est favorisé par la bulle de dioxyde de carbone à haut débit dans une configuration particulière de réacteur. La pression du réacteur constitue le facteur principal du taux de séquestration.

Ainsi, l’amélioration du taux de séquestration du CO2, basée sur la consommation nette de gaz, résulte du débit élevé d’entrée et de sortie de gaz constant en présence de magnésium. Cette méthode augmente le taux de croissance en renouvelant continuellement l’interface gaz‑eau‑hydrate.

Ce qui rend la technologie plus facile à mettre en œuvre, c’est qu’elle fonctionne très bien avec l’eau de mer, ce qui signifie qu’elle n’a pas besoin de processus de dessalement complexes pour créer de l’eau douce. La formation rapide de mousse avec de l’eau salée augmentera considérablement la performance économique de la technologie, selon l’équipe. Selon Bahadur, qui a dirigé la recherche :

« Les hydrates sont des options attrayantes pour le stockage du carbone puisque le fond marin offre des conditions thermodynamiques stables, ce qui les protège de la décomposition. »

De cette manière, le stockage du carbone est essentiellement prêt à être utilisé par chaque nation du globe disposant d’un littoral. Ainsi, cette méthode de stockage du carbone devient « plus accessible et réalisable à l’échelle mondiale, nous rapprochant d’un avenir durable », a-t-il ajouté.

Selon les chercheurs, les mousses permettront de nouvelles approches pour le transport et la séquestration du CO2. Mais les implications de cette avancée vont au-delà de la simple séquestration du carbone. La formation ultrarapide d’hydrates peut même trouver des applications dans la séparation des gaz, le stockage et le dessalement.

Ainsi, la nouvelle technologie offre une solution polyvalente pour diverses industries. Par conséquent, les chercheurs ont déposé deux brevets liés à la technologie et envisagent même de créer une start‑up pour la commercialiser.

Toutes les initiatives ne sont pas couronnées de succès 

Compte tenu de l’importance de décarboniser l’environnement, les scientifiques et les dirigeants mondiaux explorent diverses méthodes et nouvelles technologies pour atteindre les objectifs climatiques. 

L’année dernière, les scientifiques ont découvert un microbe au large d’une île volcanique près de la Sicile qui consomme le CO2 « incroyablement rapidement ». Les microbes, découverts initialement en septembre 2022, sont « hyper‑efficaces pour consommer le CO2 via la photosynthèse », plus rapides que d’autres cyanobactéries connues. Les scientifiques ont déclaré que les processus microbiens sont bien plus rentables que les interventions technologiques et sont également « intrinsèquement évolutifs » puisqu’ils « peuvent être déployés dans divers environnements, des étangs ouverts aux bioréacteurs ».

Il y a quelques mois, des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont signalé le développement d’un équipement de test à haute précision pour mesurer la performance des matériaux (sorbants) utilisés pour capturer et éliminer le carbone de l’air. L’appareil permet au NIST de créer des sorbants de matériel de test de qualité recherche (RGTM) pour l’industrie du captage direct de l’air (DAC). Il permet aux entreprises de tester leurs sorbants et de vérifier leur efficacité avant de passer à l’échelle.

Ce mois-ci, des chercheurs australiens ont proposé d’utiliser l’énergie solaire pour capturer et stocker le carbone dans les déchets miniers. Ils effectuent actuellement la première évaluation et analyse de l’utilisation de la chaleur solaire concentrée pour l’activation de la serpentine afin de produire des matières premières activées pour les processus de captage et de stockage du carbone via la carbonatation minérale.

Les scientifiques découvrent même des moyens de convertir directement les gaz à effet de serre en combustibles solides pouvant être utilisés pour chauffer les habitations ou alimenter les industries. Par exemple, des chercheurs du MIT et de l’Université Harvard ont développé et démontré le processus de capture et de conversion électrochimique du gaz en poudre. Le formiate solide est ensuite utilisé en laboratoire pour produire de l’électricité via une pile à combustible.

Ainsi, il y a clairement eu un accent accru sur la capture et le stockage du carbone, avec de nombreuses recherches et financements investis dans ces efforts. Cependant, toutes les initiatives n’ont pas été couronnées de succès. Un exemple marquant est la start‑up climatique américaine Running Tide.

Dans le cadre du processus d’élimination du carbone de Running Tide, un réseau de bouées flottantes en bois développe des « microforêts » d’algues pour « absorber le carbone de l’air et de l’eau » et du calcaire pour « servir d’antacide à la couche superficielle de la mer ». Les algues sont ensuite coupées pour couler dans l’océan, où elles absorbent le CO2 et restent enfouies en profondeur pendant des millénaires.

L’entreprise, selon son site web, aurait retiré 25 000 tonnes de carbone via deux voies :

• Amélioration de l’alcalinité océanique
• Enfouissement de la biomasse

Running Tide vend également des crédits carbone, qui représentent une tonne de carbone retirée du cycle rapide. Il y a environ un an, la start‑up a livré les tout premiers crédits de retrait de carbone d’un projet en haute mer, les crédits ayant été pré‑vendus au géant du commerce électronique Shopify. Plus tard, Microsoft (MSFT ) a également acheté des crédits carbone auprès de la start‑up.

En juin, la start‑up a annoncé qu’elle fermait ses portes. Le fondateur et PDG de Running Tide, Mark Odlin, dans un post LinkedIn :

« Malheureusement, aujourd’hui nous entamons le processus de fermeture des opérations mondiales de Running Tide parce que nous ne parvenons pas à obtenir le financement adéquat pour poursuivre notre travail avec l’urgence requise. »

Selon le post, le marché du carbone est volontaire et il n’y a pas « la demande nécessaire pour soutenir le retrait de carbone à grande échelle », ajoutant que « notre intégrité sera jugée sur notre capacité à atteindre la condition de victoire et rien d’autre. »

Dans le post, il a affirmé que la start‑up « a réalisé le plus grand projet de retrait de carbone réussi en haute mer », et ce « au coût le plus bas, dans les environnements les plus difficiles, avec les exigences de qualité les plus élevées. »

Il est rapporté que l’entreprise a immergé environ 19 000 tonnes de copeaux de bois dans les eaux côtières d’Islande. Ce vaste dépôt a été « complètement non supervisé », a déclaré le hebdomadaire islandais Heimildin, qui a également souligné le manque de surveillance des opérations et l’absence de vérification des affirmations de l’entreprise selon lesquelles elle aurait séquestré 25 000 tonnes de carbone sur le plancher océanique.

La fermeture de Running Tide et les questions sur ses opérations montrent que, bien que tous les efforts et recherches suscitent l’enthousiasme, les initiatives ne se concrétisent pas toujours et qu’il faut davantage de soutien gouvernemental et de percées technologiques pour réellement engendrer un changement.

#1. ExxonMobil (XOM)

En tant que l’une des principales sociétés publiques investissant massivement dans les technologies de captage et de stockage du carbone (CCS), avec plusieurs projets en cours pour atténuer son empreinte carbone, ExxonMobil (XOM ) peut bénéficier de manière significative de la recherche de l’Université du Texas sur la séquestration du carbone en milieu océanique.

La technologie de séquestration du carbone en milieu océanique peut aider ExxonMobil à renforcer son leadership technologique et à réduire les coûts réglementaires liés aux émissions de carbone.

Financièrement, cela pourrait permettre d’économiser des sommes importantes en réduisant les éventuelles obligations fiscales liées au carbone et en créant de nouvelles sources de revenus grâce à la vente de crédits carbone. De plus, ces avancées peuvent améliorer les notations environnementales, sociales et de gouvernance (ESG) d’ExxonMobil, le rendant plus attractif pour les investisseurs soucieux de l’environnement. Il a déclaré un chiffre d’affaires de 413,7 milliards de dollars en 2023​​.

#2. Occidental Petroleum (OXY)

Occidental Petroleum (OXY ) est un leader dans le développement de projets CCS à grande échelle, en particulier ceux qui intègrent le carbone capturé dans les processus de récupération assistée du pétrole (EOR). En adoptant la séquestration du carbone en milieu océanique, Occidental peut diversifier davantage ses initiatives CCS et renforcer ses pratiques de durabilité.

Financièrement, cette technologie offre des avantages doubles : elle aide à réduire les obligations fiscales liées au carbone et génère des revenus supplémentaires grâce aux crédits carbone. De plus, l’utilisation du carbone capturé dans l’EOR peut améliorer les taux de récupération du pétrole, augmentant ainsi l’efficacité de la production et la rentabilité. L’entreprise a déclaré un chiffre d’affaires de 28,92 milliards de dollars en 2023.

Réflexions finales

Prévenir un réchauffement supplémentaire de l’atmosphère terrestre et lutter contre le changement climatique sont des priorités mondiales. Diverses mesures, notamment l’élimination progressive des combustibles émetteurs de carbone et la mise en place d’objectifs juridiquement contraignants pour des émissions nettes nulles, ont été adoptées. Capturer et stocker le CO2 constitue une autre solution importante pour décarboniser notre planète.

Cette séquestration du carbone peut être réalisée de plusieurs manières, les profondeurs océaniques offrant un emplacement attrayant pour ce faire. L’océan est un puits de carbone, utilisant une pompe biologique du carbone — le phytoplancton — pour transporter le CO2 de surface vers le fond marin via la chaîne alimentaire, où il est stocké à long terme. Des pompes physiques, entraînées par la circulation océanique, contribuent également à séquestrer le carbone dissous.

Compte tenu de sa vaste capacité de stockage et de sa capacité naturelle à absorber le CO2, combinées à son isolement de l’atmosphère, le profond océan est une méthode populaire de stockage du carbone. Les techniques vont de l’injection directe de CO2 dans le profond océan à l’ajout de nutriments pour stimuler la croissance du phytoplancton, en passant par l’exploitation de la haute pression et des basses températures pour former des hydrates solides.

Cependant, cette approche n’est pas sans défis, comme le montre le cas de Running Tide, et des problèmes tels que l’acidification, le coût, le suivi, la vérification et la durabilité surgissent.

Ce n’est que grâce à une recherche et un développement constants, comme le font les chercheurs de l’Université du Texas, que nous pouvons trouver des solutions permettant de stocker le carbone sans nuire à l’environnement. Dans l’ensemble, les profondeurs océaniques offrent une option prometteuse mais incertaine pour la séquestration du carbone.

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