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Aug 14, 2023

Comment extraire le dioxyde de carbone de l'eau de mer

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Alors que le dioxyde de carbone continue de s'accumuler dans l'atmosphère terrestre, des équipes de recherche du monde entier ont passé des années à chercher des moyens d'éliminer efficacement ce gaz de l'air. Pendant ce temps, le principal « puits » de dioxyde de carbone de l'atmosphère au monde est l'océan, qui absorbe environ 30 à 40 pour cent de tout le gaz produit par les activités humaines.

Récemment, la possibilité d’éliminer le dioxyde de carbone directement de l’eau des océans est apparue comme une autre possibilité prometteuse pour atténuer les émissions de CO2, qui pourrait même un jour conduire à des émissions globales nettes négatives. Mais, à l’instar des systèmes de capture d’air, l’idée n’a pas encore abouti à une utilisation généralisée, même si quelques entreprises tentent de s’implanter dans ce domaine.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs du MIT affirme avoir trouvé la clé d’un mécanisme de suppression véritablement efficace et peu coûteux. Les résultats ont été rapportés cette semaine dans la revue Energy and Environmental Science, dans un article rédigé par les professeurs du MIT T. Alan Hatton et Kripa Varanasi, le postdoc Seoni Kim et les étudiants diplômés Michael Nitzsche, Simon Rufer et Jack Lake.

Les procédés existants pour éliminer le dioxyde de carbone de l'eau de mer appliquent une tension aux bornes d'un empilement de membranes pour acidifier un flux d'alimentation par division de l'eau. Cela convertit les bicarbonates présents dans l’eau en molécules de CO2, qui peuvent ensuite être éliminées sous vide. Hatton, professeur Ralph Landau de génie chimique, note que les membranes sont coûteuses et que des produits chimiques sont nécessaires pour piloter les réactions globales des électrodes à chaque extrémité de la pile, ce qui ajoute encore aux coûts et à la complexité des processus. «Nous voulions éviter d'avoir à introduire des produits chimiques dans les demi-cellules de l'anode et de la cathode et éviter autant que possible l'utilisation de membranes», explique-t-il.

L’équipe a mis au point un processus réversible composé de cellules électrochimiques sans membrane. Des électrodes réactives sont utilisées pour libérer des protons dans l’eau de mer alimentant les cellules, entraînant ainsi la libération du dioxyde de carbone dissous de l’eau. Le processus est cyclique : il acidifie d’abord l’eau pour convertir les bicarbonates inorganiques dissous en dioxyde de carbone moléculaire, qui est collecté sous forme de gaz sous vide. Ensuite, l’eau est acheminée vers un deuxième ensemble de cellules avec une tension inversée, pour récupérer les protons et transformer l’eau acide en alcaline avant de la rejeter dans la mer. Périodiquement, les rôles des deux cellules sont inversés une fois qu'un ensemble d'électrodes est dépourvu de protons (pendant l'acidification) et que l'autre a été régénéré pendant l'alcalinisation.

Cette élimination du dioxyde de carbone et la réinjection d'eau alcaline pourraient lentement commencer à inverser, au moins localement, l'acidification des océans provoquée par l'accumulation de dioxyde de carbone, qui à son tour menace les récifs coralliens et les coquillages, explique Varanasi, professeur de génie mécanique. La réinjection d’eau alcaline pourrait se faire via des exutoires dispersés ou loin au large pour éviter un pic local d’alcalinité qui pourrait perturber les écosystèmes, affirment-ils.

« Nous ne pourrons pas traiter les émissions de la planète entière », déclare Varanasi. Mais la réinjection pourrait se faire dans certains cas dans des endroits comme les fermes piscicoles, qui ont tendance à acidifier l'eau, ce qui pourrait être une manière de contribuer à contrer cet effet.

Une fois le dioxyde de carbone éliminé de l’eau, il doit encore être éliminé, comme c’est le cas pour d’autres processus d’élimination du carbone. Par exemple, il peut être enfoui dans des formations géologiques profondes sous le fond marin, ou il peut être converti chimiquement en un composé comme l’éthanol, qui peut être utilisé comme carburant de transport, ou en d’autres produits chimiques spécialisés. « Vous pouvez certainement envisager d'utiliser le CO2 capturé comme matière première pour la production de produits chimiques ou de matériaux, mais vous ne pourrez pas l'utiliser en totalité comme matière première », explique Hatton. "Vous manquerez de marchés pour tous les produits que vous produisez, donc quoi qu'il arrive, une quantité importante de CO2 capturé devra être enfouie sous terre."