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L’élimination du carbone de l’atmosphère peut-elle nous sauver d’une Catastrophe climatique?

par Renee Cho/27 novembre 2018

un rendu de L’usine D’élimination du dioxyde de carbone à grande échelle de Carbon Engineering, qui utilisera la capture directe de l’air. Photo: Carbon Engineering Ltd.

Le Groupe D’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) affirme que limiter le réchauffement climatique à 1.,5C pourrait éviter les effets les plus catastrophiques du changement climatique. Dans son récent rapport, il a présenté quatre moyens d’y parvenir —et tous reposent sur l’élimination du dioxyde de carbone de l’atmosphère. En effet, même si nous réduisons la plupart de nos émissions de carbone à zéro, les émissions provenant de l’agriculture et du transport aérien seraient difficiles à éliminer complètement., Et puisque le dioxyde de carbone qui est déjà dans l’atmosphère peut affecter le climat pendant des centaines à des milliers d’années, le GIEC maintient que les technologies d’élimination du dioxyde de carbone (CDR) seront essentielles pour se débarrasser de 100 à 1000 gigatonnes de CO2 ce siècle.

comment éliminer le dioxyde de carbone?

Il existe une variété de stratégies de CDR, toutes à différents stades de développement, et variant en termes de coûts, d’avantages et de risques., Les approches CDR qui utilisent les arbres, les plantes et le sol pour absorber le carbone sont utilisées à grande échelle depuis des décennies; d’autres stratégies qui reposent davantage sur la technologie sont principalement à l’étape de la démonstration ou du projet pilote. Chaque stratégie a des avantages et des inconvénients.

boisement et reboisement

Au fur et à mesure que les plantes et les arbres poussent, ils absorbent le dioxyde de carbone de l’atmosphère et le transforment en sucres par photosynthèse. De cette façon, les forêts américaines absorbent 13% des émissions de carbone du pays; à l’échelle mondiale, les forêts stockent près d’un tiers des émissions mondiales.,

planter des arbres supplémentaires pourrait éliminer plus de carbone de l’atmosphère et le stocker pendant une longue période, ainsi que d’améliorer la qualité du sol à un coût relativement faible—0$à 20 per par tonne de carbone. Le boisement consiste à planter des arbres là où il n’y en avait pas auparavant; reboiser signifie restaurer les forêts où les arbres ont été endommagés ou épuisés.,

cependant, le boisement pourrait concurrencer les terres utilisées pour l’agriculture, tout comme la production alimentaire doit augmenter de 70% d’ici 2050 pour nourrir la population mondiale croissante. Il pourrait également affecter la biodiversité et les services écosystémiques.

et bien que les forêts puissent séquestrer le carbone pendant des décennies, elles mettent de nombreuses années à se développer et peuvent devenir saturées en des décennies à des siècles. Ils nécessitent également une gestion prudente car ils sont soumis à des impacts humains et naturels tels que les incendies de forêt, la sécheresse et les infestations de ravageurs.,

séquestration du carbone dans le sol

le carbone que les plantes absorbent de l’atmosphère lors de la photosynthèse devient une partie du sol lorsqu’elles meurent et se décomposent. Il peut y rester pendant des millénaires ou être libéré rapidement en fonction des conditions climatiques et de la gestion du sol. Un travail du sol Minimal, des cultures de couverture, la rotation des cultures et le fait de laisser des résidus de culture sur le champ aident les sols à stocker plus de carbone.

le GIEC, qui considère que la séquestration du carbone dans le sol a la capacité de réduire le CO2 au coût le plus bas—0 à 100 per la tonne—estime que la séquestration du carbone dans le sol pourrait éliminer entre 2 et 5 gigatonnes de dioxyde de carbone par an d’ici 2050. En comparaison, les centrales électriques du monde ont rejeté 32,5 gigatonnes de CO2 en 2017.

la séquestration du carbone dans le sol pourrait être déployée immédiatement, et améliorerait la santé du sol et augmenterait le rendement des cultures; de plus, elle ne mettrait pas l’accent sur les ressources en terre et en eau., Mais alors que le sol stocke de grandes quantités de carbone au début, il peut devenir saturé après 10 à 100 ans, selon le climat, le type de sol et la façon dont il est géré.

bioénergie avec capture et stockage du carbone (BECCS)

Si nous brûlons des plantes pour obtenir de l’énergie dans une centrale électrique et capturons et stockons les émissions qui en résultent, le CO2 précédemment absorbé par les plantes est éliminé de l’atmosphère. Le CO2 peut ensuite être utilisé pour une récupération améliorée du pétrole ou injecté dans la Terre où il est séquestré dans des formations géologiques.

le GIEC estime que BECCS pourrait supprimer entre 0.,5 et 5 gigatonnes de carbone par an d’ici 2050. Pour absorber suffisamment de carbone pour maintenir le monde à 2, cependant, les cultures énergétiques devraient être plantées sur une superficie allant jusqu’à trois fois la taille de l’Inde, selon une estimation; et des quantités encore plus petites de BECCS seraient en concurrence avec les terres nécessaires à la production alimentaire. Une étude a conclu que les Becc à grande échelle pourraient faire chuter le couvert forestier mondial de 10% et nécessiter deux fois plus d’eau que ce qui est actuellement utilisé dans le monde pour l’agriculture., Les Becc pourraient également avoir un impact sur la biodiversité et les services écosystémiques, et générer des émissions de gaz à effet de serre grâce à l’agriculture et à l’utilisation d’engrais.

à ce stade, BECCS est cher. À l’heure actuelle, il n’existe qu’un seul projet BECCS en activité dans le monde: une usine d’éthanol à Decatur, en Illinois, qui a capturé et stocké plus de 1,4 million de tonnes de CO2. Parce qu’il y a si peu de projets de recherche et que BECCS n’est pas testé à grande échelle, il en est encore à un stade précoce de développement., Alors que les estimations actuelles des coûts pour les Becc varient entre 30 4 et 400 per par tonne de CO2, les études prévoient que les coûts pourraient tomber à 100 2 à 200 per par tonne de carbone d’ici 2050. Néanmoins, BECCS est considéré comme l’une des stratégies d’élimination du dioxyde de carbone les plus potentiellement efficaces pour assurer un stockage de carbone à long terme.,

Les projets des Académies nationales des Sciences, de L’ingénierie et de la médecine qui, compte tenu de ce que nous savons aujourd’hui, le boisement et le reboisement, la séquestration du carbone dans le sol et les Becc, ainsi que les pratiques de gestion forestière durable (telles que l’éclaircie des forêts et les brûlages dirigés) pourraient être Cependant, cela nécessiterait d’énormes changements dans l’agriculture, la gestion des déchets forestiers et de la biomasse.,

minéralisation du carbone

cette stratégie exploite un processus naturel dans lequel des matériaux réactifs comme la péridotite ou la lave basaltique se lient chimiquement au CO2, formant des minéraux carbonatés solides tels que le calcaire qui peuvent stocker du CO2 pendant des millions d’années. Les matériaux réactifs peuvent être combinés avec un fluide contenant du CO2 dans des stations de capture du carbone, ou le fluide peut être pompé dans des formations rocheuses réactives où ils se produisent naturellement.

Les scientifiques de L’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de L’Institut de la Terre travaillent sur la minéralisation du carbone depuis plusieurs années et trouvent des moyens d’accélérer la réaction naturelle pour augmenter L’absorption du CO2 et le stocker de manière permanente. David Goldberg, professeur de recherche à Lamont, et ses collègues, par exemple, étudient la faisabilité de stocker 50 millions de tonnes ou plus de CO2 dans des réservoirs de basalte dans le nord-ouest du Pacifique., Sur 20 ans, le projet injecterait du CO2 provenant de sources industrielles, telles que la fabrication et les centrales électriques à combustibles fossiles, dans du basalte à 200 miles au large, sur le flanc est de la crête Juan de Fuca. Là, sous 2600 mètres d’eau et 200 mètres de sédiments, le réservoir de basalte contient des espaces interstitiels qui se rempliraient lorsque le CO2 se minéraliserait en calcaire carbonaté. Dans cette zone, le basalte réagit rapidement et la minéralisation pourrait ne prendre que deux ans ou moins., L’équipe de Goldberg a analysé des facteurs, y compris la façon de transporter le CO2, comment il réagirait chimiquement et comment le site pourrait être surveillé au fil du temps.

la prochaine étape consiste à y lancer un projet pilote pour stocker 10 000 tonnes de CO2. « Un projet pilote est essentiel pour faire avancer la question de la minéralisation du carbone en mer de basalte, à la fois pour des raisons techniques et réglementaires”, a déclaré Goldberg., Cela permettrait aux chercheurs d’expérimenter différents types d’injections—par exemple, si elles doivent être continues ou intermittentes—et de répondre à des questions telles que  » à quelle vitesse l’espace interstitiel se remplit-il? »qui ne peut être testé que sur le terrain. De plus, un projet pilote est essentiel pour comprendre les répercussions réglementaires de la minéralisation du carbone, puisqu’il n’existe actuellement aucun règlement. Le Canada et les États-Unis ne commenceraient à créer un cadre réglementaire que s’ils avaient un projet pilote. Goldberg dit qu’ils sont toujours à la recherche de financement pour un projet pilote, mais « il y a beaucoup d’intérêt., »

Depuis 2012, CarbFix, un projet Islandais sur lequel Goldberg a également travaillé, capte le carbone et le minéralise dans la plus grande centrale géothermique du pays gérée par Reykjavik Energy. Bien que l’usine fonctionne à l’énergie renouvelable géothermique, elle émet toujours une petite quantité de CO2; CarbFix injecte 12 000 tonnes de CO2 par an dans le sol pour 30 dollars la tonne.

parce que la minéralisation du carbone tire parti des processus chimiques naturels, elle a le potentiel de fournir un moyen économique, non toxique et permanent de stocker d’énormes quantités de carbone., Cependant, il reste des questions techniques et environnementales auxquelles il faut répondre—selon le rapport des Académies nationales, la minéralisation du carbone pourrait éventuellement contaminer les ressources en eau ou déclencher des tremblements de terre.

capture directe de l’air

La capture directe de l’air aspire le dioxyde de carbone hors de l’air en utilisant des ventilateurs pour déplacer l’air sur des substances qui se lient spécifiquement au dioxyde de carbone., (Ce concept est basé sur le travail « arbre artificiel” de Klaus Lackner, directeur du Center for Negative Carbon Emissions de L’Arizona State University, qui a été pendant de nombreuses années le directeur du Lenfest Center for Sustainable Energy de L’Institut de la Terre.) La technologie utilise des composés dans une solution liquide ou dans un revêtement sur un solide qui captent le CO2 lorsqu’ils entrent en contact avec celui-ci; lorsqu’ils sont exposés plus tard à la chaleur et à des réactions chimiques, ils libèrent le CO2, qui peut ensuite être comprimé et stocké sous terre., Les avantages de la capture directe de l’air sont qu’il s’agit en fait d’une technologie d’émissions négatives—elle peut éliminer le carbone qui est déjà dans l’atmosphère, par opposition à la capture de nouvelles émissions générées—et les systèmes pourraient être situés presque n’importe où.

dans une centrale au charbon, environ une molécule sur dix dans les gaz d’échappement est du CO2, mais le CO2 dans l’atmosphère est moins concentré. Seule une molécule sur 2 500 est du CO2, de sorte que le processus d’élimination du CO2 est plus coûteux que la capture du carbone des usines à combustibles fossiles., Le captage direct de l’air a commencé à 600 per la tonne de carbone; actuellement, il en coûte de 100 à 200 a la tonne-toujours cher, en partie parce qu’il n’y a pas d’incitatifs économiques (comme une taxe sur le carbone) ou d’avantages environnementaux secondaires (comme une meilleure qualité du sol) pour éliminer le CO2 L’amélioration de la technologie afin que le CO2 puisse être capturé plus efficacement et / ou la vente du CO2 capturé peut faire baisser le prix. Trois entreprises – Swiss Climeworks, Canadian Carbon Engineering et American Global Thermostat—y travaillent.,

la première usine commerciale de Climeworks près de Zurich capte 1 000 tonnes métriques de CO2 par an, qui est utilisé dans une serre pour augmenter les rendements des cultures de 20%. En 2017, La société a installé une unité de capture d’air directe à titre de démonstration à L’usine Islandaise de Reykjavik Energy pour capturer une petite quantité de CO2 qui est ensuite stockée sous terre par CarbFix.

Climeworks a maintenant 14 installations de capture d’air direct construites ou en construction en Europe; son usine italienne utilise le CO2 capturé pour fabriquer du méthane pour les camions.

Carbon Engineering, dont Bill Gates est l’investisseur, possède une usine dans l’Ouest canadien capable de capter un million de tonnes de CO2 par année. Il prévoit qu’à grande échelle, il pourrait éliminer le CO2 pour 100 $à 150 per la tonne. Son objectif est d’utiliser le CO2 pour fabriquer des hydrocarbures synthétiques neutres en carbone, ce qui réduirait encore son coût., La société soutient qu’une installation utilisant ce procédé « air to Fuels”, une fois mise à l’échelle, pourrait produire du carburant à moins de 1 dollar le litre.

Global Thermostat, qui construit sa première usine à Huntsville, AL, vise à faire baisser son prix à 50 a la tonne en vendant le CO2 capturé à une entreprise de soda. La société construirait de petites « usines de capture” sur place dans les installations du fabricant de soda, réduisant ainsi les coûts d’énergie et de transport.

Une étude a projeté que la capture directe de l’air pourrait aspirer 0,5 à 5 gigatonnes de CO2 par an d’ici 2050 avec éventuellement 40 gigatonnes d’ici 2100., Cependant, le captage direct de l’air à grande échelle pourrait éventuellement avoir des impacts environnementaux découlant de l’extraction, du raffinage, du transport et de l’élimination des déchets des minéraux qui captent les émissions de carbone.

bien que la capture directe de l’air ait un grand potentiel d’élimination du dioxyde de carbone, elle en est encore à un stade précoce de développement. Heureusement, il reçoit un certain soutien du Congrès sous la forme de la FUTURE loi (la Loi sur la capture, l’utilisation, la technologie, le stockage souterrain et la réduction des émissions de carbone)., La loi double les crédits d’impôt pour la capture et le stockage permanent du dioxyde de carbone dans les formations géologiques et son utilisation pour la récupération accrue du pétrole; pour les entreprises qui convertissent le carbone en d’autres produits tels que le ciment, les produits chimiques, les plastiques et les carburants; et prévoit un crédit d’impôt de 35 per par tonne

altération accrue

Les Roches et le sol deviennent altérés en réagissant avec le CO2 dans l’air ou dans les pluies acides, ce qui se produit naturellement lorsque le CO2 dans l’air se dissout dans l’eau de pluie., Les roches se décomposent, créant du bicarbonate, un puits de carbone, qui est finalement transporté dans l’océan où il est stocké. L’altération accrue accélère ce processus en répandant de la roche pulvérisée, comme le basalte ou l’olivine, sur des terres agricoles ou sur l’océan. Il pourrait être écrasé et répandu sur les champs et les plages, et même utilisé pour les chemins et les terrains de jeux.

une altération accrue pourrait améliorer la qualité du sol, et comme le bicarbonate alcalin se lave dans l’océan, il pourrait aider à neutraliser l’acidification des océans., Mais il pourrait également modifier le pH du sol et les propriétés chimiques, et affecter les écosystèmes et les eaux souterraines. L’extraction, le broyage et le transport de la roche seraient coûteux, nécessiteraient beaucoup d’énergie et produiraient des émissions de carbone supplémentaires ainsi que la pollution de l’air. En raison des nombreuses variables et du fait que la plupart des évaluations de l’altération accrue n’ont pas été testées sur le terrain, les estimations de coûts varient considérablement.,

l’alcalinisation des océans, considérée comme un type d’altération accrue, consiste à ajouter des minéraux alcalins, tels que l’olivine, à la surface de l’océan pour augmenter l’absorption de CO2 et contrecarrer l’acidification des océans. Une étude a estimé que cette stratégie pourrait séquestrer entre 100 tonnes métriques à 10 gigatonnes de CO2 par an, pour des coûts allant de 14 $à plus de 500 a la tonne. Son impact écologique, cependant, sont inconnus.

la fertilisation de l’Océan

la fertilisation des océans ajouterait des nutriments, souvent du fer, à l’océan pour provoquer la floraison des algues, qui absorberaient plus de CO2 par la photosynthèse. Cependant, en stimulant la croissance du phytoplancton—la base de la chaîne alimentaire—la fertilisation des océans pourrait affecter la productivité alimentaire locale et régionale. De vastes proliférations d’algues pourraient également causer l’eutrophisation et entraîner des zones mortes appauvries en oxygène. En plus de ses impacts possibles sur l’écosystème, il a également moins de potentiel pour séquestrer le carbone à long terme.,

carbone bleu côtier

Les marais salants, les mangroves, les herbes marines et autres plantes des zones humides marémotrices sont responsables de plus de la moitié du carbone séquestré dans les écosystèmes océaniques et côtiers. Ce carbone bleu peut être stocké pendant des millénaires dans les plantes et les sédiments. Cependant, les zones humides sont détruites par le ruissellement et la pollution, la sécheresse et le développement côtier—une zone d’herbiers marins de la taille d’un terrain de football est perdue toutes les demi-heures. La restauration et la création de zones humides et leur meilleure gestion pourraient potentiellement doubler leur stockage de carbone., Les zones humides saines offrent également une protection contre les tempêtes, améliorent la qualité de l’eau et soutiennent la vie marine.

Il existe peu d’estimations du potentiel d’élimination du carbone bleu, mais les coûts seraient faibles à Nuls.

et quelques idées pour l’avenir

Y Combinator, une organisation qui finance des startups prometteuses, a lancé un appel à tous ceux qui travaillent sur de nouveaux types de technologies d’élimination du dioxyde de carbone, dont aucune n’a encore été testée en dehors d’un laboratoire., Plus précisément, ils sont à la recherche de projets dans quatre domaines:

• Modifier les gènes du phytoplancton leur permettrait de séquestrer le carbone dans les zones de l’océan mondial qui manquent des nutriments nécessaires à la photosynthèse.
• L’électro-géochimie utilise l’électricité provenant de sources renouvelables pour décomposer l’eau salée pour produire de l’hydrogène (qui peut être utilisé comme combustible) et de l’oxygène, qui, en présence de minéraux, produit une solution hautement réactive. Cette solution absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère et le transforme en bicarbonate.,
• Les systèmes enzymatiques accélèrent les réactions chimiques qui pourraient transformer le dioxyde de carbone en d’autres composés organiques utiles. Y Combinator souhaite créer des systèmes enzymatiques capables de le faire en dehors des cellules vivantes pour simplifier la fixation du carbone.
• la dernière idée consiste à créer 4,5 millions de petites oasis dans les déserts pour héberger du phytoplancton qui absorberait le CO2. Ils fourniraient également de l’eau douce et soutiendraient la végétation qui pourrait également aspirer le carbone.

Qu’est-ce qui est nécessaire pour faire progresser l’élimination du dioxyde de carbone?,

chaque technologie CDR est réalisable à un certain niveau, mais comporte des incertitudes quant au coût, à la technologie, à la vitesse de mise en œuvre éventuelle ou aux impacts environnementaux. Il est clair que personne ne fournit la solution ultime au changement climatique.

« l’élimination du dioxyde de carbone à elle seule ne peut pas le faire”, a déclaré Kate Gordon, membre du Columbia Center on Global Energy Policy., « S’il y a une chose que le rapport du GIEC souligne vraiment, c’est que nous avons besoin d’un portefeuille—nous devons réduire considérablement les émissions, nous devons proposer plus d’options d’énergie renouvelable pour remplacer les combustibles fossiles, nous devons électrifier beaucoup de choses qui fonctionnent actuellement au pétrole et ensuite nous devons faire une énorme quantité d’élimination” À court terme, elle aimerait voir plus de déploiement et de montée en puissance de stratégies éprouvées, telles que la plantation d’arbres et des pratiques agricoles plus durables.,

en fait, une nouvelle étude vient de déterminer que la plantation d’arbres et l’amélioration de la gestion des prairies, des terres agricoles et des zones humides pourraient séquestrer 21% des émissions annuelles de gaz à effet de serre

développer davantage les autres stratégies d’élimination du dioxyde de carbone va prendre des sommes substantielles.,

« la communauté de la philanthropie climatique doit en fait reconnaître cela comme faisant partie de la solution climatique—il est vraiment important que cela fasse partie de ce portefeuille”, a déclaré Gordon. « Nous avons également besoin d’un budget fédéral assez important R&d dédié à ces stratégies afin que nous puissions commencer à améliorer la technologie et mieux comprendre combien cela coûte de faire chacune de ces choses, leur efficacité et leur sécurité. »

établir un incitatif financier pour éliminer le carbone, comme une taxe sur le carbone ou des pénalités pour l’émission de carbone, aiderait également.,

« c’est la prochaine frontière de la conversation sur l’énergie, le climat et la technologie”, a déclaré Gordon. ”Nous devons être en avance sur cette chose si nous voulons rester compétitifs—Si nous voulons continuer à avoir la plupart des brevets mondiaux sur l’énergie propre et l’énergie avancée Otherwise sinon nous l’achèterons à quelqu’un d’autre, parce que quelqu’un va le faire.”