Comment fonctionne la capture directe de l'air – et pourquoi est-ce si difficile
La technologie de capture directe de l'air extrait le dioxyde de carbone directement de l'atmosphère à l'aide de sorbants et de solvants chimiques, mais les énormes besoins énergétiques et les coûts élevés restent des obstacles majeurs à son développement à grande échelle.
Extraire le CO₂ de l'air ambiant
L'atmosphère contient environ 420 parties par million de dioxyde de carbone, une infime fraction de l'air que nous respirons, mais suffisamment pour réchauffer la planète. La capture directe de l'air (CDA) est une technologie conçue pour inverser cette accumulation en extrayant le CO₂ directement de l'air ambiant, en le concentrant et soit en le stockant de manière permanente sous terre, soit en le convertissant en produits utiles. Contrairement à la capture des émissions au niveau d'une cheminée d'usine, la CDA peut fonctionner n'importe où et éliminer le carbone qui a déjà été libéré, ce qui en fait l'un des rares outils qui pourraient réellement réduire les niveaux de CO₂ atmosphérique au lieu de simplement ralentir leur augmentation.
Deux approches, un seul objectif
Les systèmes de CDA reposent sur deux méthodes principales : les sorbants solides et les solvants liquides. Dans les systèmes à sorbants solides, de grands ventilateurs aspirent l'air ambiant à travers des collecteurs modulaires remplis d'un matériau filtrant très poreux. Le sorbant lie chimiquement les molécules de CO₂ tout en laissant passer l'azote, l'oxygène et d'autres gaz. Une fois saturé, le collecteur est scellé et chauffé, généralement à environ 100 °C, ce qui libère un flux concentré de CO₂ pour la collecte et le stockage. Le sorbant refroidit ensuite et le cycle se répète.
Les systèmes à solvants liquides fonctionnent différemment. L'air traverse une solution, souvent un mélange d'hydroxyde de potassium, qui absorbe le CO₂. La solution est ensuite traitée à travers une série d'étapes chimiques qui extraient le dioxyde de carbone à des températures élevées (jusqu'à 900 °C) et régénèrent le solvant. Cette approche peut traiter des volumes plus importants, mais exige beaucoup plus d'énergie.
Qu'advient-il du carbone capturé ?
La méthode d'élimination la plus permanente consiste à injecter du CO₂ concentré profondément sous terre dans des formations géologiques telles que des aquifères salins ou des roches basaltiques. En Islande, la société de stockage Carbfix dissout le CO₂ capturé dans l'eau et le pompe à environ 1 000 mètres sous la surface, où il réagit avec la roche basaltique et se minéralise, se transformant littéralement en pierre en quelques années. Alternativement, le CO₂ capturé peut être utilisé comme matière première pour les carburants synthétiques, les matériaux de construction ou les produits chimiques, bien que ces utilisations retardent plutôt qu'elles n'éliminent son retour dans l'atmosphère.
Le défi de l'échelle
La plus grande installation de CDA opérationnelle au monde est l'usine Mammoth de Climeworks en Islande, capable d'éliminer jusqu'à 36 000 tonnes de CO₂ par an, soit à peu près les émissions annuelles de 7 800 voitures. Cela semble significatif jusqu'à ce que l'on considère que les émissions mondiales de CO₂ dépassent 37 milliards de tonnes par an. Environ 130 usines de CDA sont actuellement prévues ou en exploitation dans le monde, mais leur capacité combinée effleure à peine la surface de ce que les climatologues estiment nécessaire.
Deux projets beaucoup plus importants sont en construction au Texas et en Louisiane dans le cadre du programme DAC Hubs du ministère américain de l'Énergie, chacun visant à éliminer un million de tonnes de CO₂ par an une fois pleinement opérationnels.
Le problème de l'énergie et des coûts
Le plus grand obstacle à la CDA est l'énergie. Étant donné que le CO₂ ne représente que 0,04 % de l'atmosphère, d'énormes volumes d'air doivent être traités. L'élimination d'un million de tonnes de CO₂ nécessite une puissance estimée à 300 à 500 mégawatts, comparable à celle d'une centrale électrique de taille moyenne. Si cette énergie provient de combustibles fossiles, le processus peut en fait émettre plus de carbone qu'il n'en capture, c'est pourquoi les projets de CDA viables reposent sur des sources d'énergie propre comme la géothermie, le solaire ou l'éolien.
Les coûts restent élevés. Les estimations actuelles varient de 250 à 600 dollars par tonne de CO₂ dans les installations à petite échelle. À des échelles plus importantes d'un million de tonnes par an, les analystes prévoient que les coûts pourraient tomber à 150 à 230 dollars par tonne, mais la réalisation de ces économies nécessite des investissements massifs et une électricité propre bon marché et fiable.
Un élément nécessaire du puzzle
Les modèles climatiques de l'Agence internationale de l'énergie et du GIEC montrent systématiquement que la réalisation d'émissions nettes nulles nécessitera probablement une forme d'élimination du carbone parallèlement à des réductions drastiques des émissions. La CDA ne remplace pas la réduction de l'utilisation des combustibles fossiles, mais elle pourrait s'avérer essentielle pour compenser les émissions difficiles à éliminer de l'aviation, de l'agriculture et de l'industrie lourde. La question de savoir si la technologie peut se développer assez rapidement, et à un coût suffisamment bas, reste l'une des questions déterminantes de la politique climatique.
