Recycler le CO2 de l’océan avec les centrales électriques flottantes

D’immenses îlots solaires flottants sur l’océan qui produisent suffisamment d’énergie pour permettre un trafic de marchandises mondial neutre en CO2 – ce qui ressemble à de la “science-fiction” – des chercheurs de l’ETH Zurich, du Paul Scherrer Institute (PSI), de l’Empa, des universités de Zurich, Berne et l’NTNU à Trondheim l’ont maintenant simulé pour la première fois, comme ils le décrivent dans le dernier numéro du magazine “Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).

Papier, métaux, verre – le monde recycle autant que possible. Alors pourquoi ne pas déclarer le gaz à effet de serre dioxyde de carbone (CO2) comme un produit recyclable ? Car les combustibles liquides à base de carbone continueront à jouer un rôle important à l’avenir – malgré les efforts internationaux pour les réduire. Il semble donc judicieux de récupérer le CO2 excrété dans l’environnement et de l’utiliser à nouveau.

Des chercheurs de l’ETH Zurich, du PSI et des universités de Zurich, Berne et Norvège (NTNU), ainsi qu’une équipe de l’Empa, ont mis en chiffre cette idée et montrent dans leur étude que les îlots de méthanol solaire pourraient produire à long terme suffisamment de carburant pour que toute mobilité dans le monde soit neutre en CO2. Au milieu des océans, l’hydrogène (H2) doit être produit à partir de l’énergie solaire (et de l’eau), qui est ensuite convertie sur place en méthanol à partir du CO2 extrait de l’eau de mer. A cette fin, les chercheurs ont analysé en détail un scénario qui semble encore purement hypothétique, mais qui fournit déjà la base de planification pour une éventuelle mise en œuvre. Ils ont récemment présenté leurs résultats dans la revue “Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).

Du soleil à l’électricité en passant par l’hydrogène et le méthanol

L’idée est basée sur des îlots solaires, c’est-à-dire des plates-formes flottantes équipées de systèmes photovoltaïques. Cependant, comme l’énergie solaire ne peut être stockée et transportée à partir de là que dans de mauvaises conditions, une centrale solaire en mer n’a aucun sens. Cependant, le méthanol liquide (CH3OH) ainsi que le méthane gazeux (CH4) peuvent être produits à partir de dioxyde de carbone et d’hydrogène. L’idée des chercheurs est que les matières premières peuvent être obtenues directement de l’océan ou y être produites.

Il existe déjà de grandes installations de conversion de l’hydrogène et du CO2 en carburant, dont la plate-forme de démonstration “move” sur le campus de l’Empa à Dübendorf (voir encadré). La question se pose donc : pourquoi impliquer la mer ? Pourquoi ne pas, comme le font les usines existantes, extraire le CO2 de l’air ? La réponse est simple : l’espace requis pour un approvisionnement mondial en carburant serait énorme. “Une surface d’environ 170 000 km2 serait nécessaire pour répondre à la demande annuelle de transport mondial de marchandises“, explique Andreas Borgschulte du département Advanced Analytical Technologies de l’Empa. Le meilleur moyen d’y parvenir serait d’utiliser des systèmes d’énergie solaire en mer, une zone inutilisée qui n’appartient à personne. Le CO2 peut également être extrait de l’air en mer, mais une alternative attrayante serait d’utiliser la concentration en CO2 environ 125 fois plus concentré de l’eau de mer pour la “récolte du dioxyde de carbone“.

Plus de possibilités pour le méthanol

Dans les installations existantes, le CO2 extrait de l’atmosphère est principalement utilisé pour produire du méthane, ce qui serait également possible sur les îles solaires. Cependant, au cours de leurs réflexions, les chercheurs ont décidé de produire un combustible liquide parce qu’il est plus facile à transporter. En outre, le méthanol peut être utilisé non seulement comme carburant, mais aussi pour fabriquer d’autres produits chimiques, tels que des précurseurs pour la production de polymères. Les possibilités de son utilisation (et les bénéfices qu’on peut en tirer) sont donc beaucoup plus grandes.

Cependant, une telle “île de méthanol” a son prix : la construction d’une telle usine chimique sur l’océan coûterait environ 90 millions de dollars US. Il s’agirait d’environ 70 îles photovoltaïques d’un diamètre d’environ 100 m et d’un navire équipé d’installations d’électrolyse et de synthèse. Il en résulterait une superficie totale d’environ 550 000 m2. Mais une seule grappe est loin d’être suffisante pour atteindre un bilan de CO2 nul. Au total, 170 000 îles de ce type seraient nécessaires pour recycler autant de CO2 que ce qui est actuellement émis – un objectif utopique, mais qui mérite d’être poursuivi. “De grandes idées sont nécessaires – les solutions actuelles ne fournissent que de l’énergie localement, mais pas pour le reste du monde “, déclare Borgschulte.

Auteur : CORNELIA ZOGG

Visualisation illustration : Novaton

Comment stocker l'électricité sur de plus longues périodes - "puissance-gaz" et "puissance-liquide"

L'Empa étudie depuis longtemps la possibilité de stocker l'électricité à partir de ressources renouvelables, mais aussi de la transformer en combustible liquide ou gazeux. Le campus de l'Empa à Dübendorf abrite également la plate-forme de démonstration "move". Là, l'électricité solaire est convertie en hydrogène à l'aide de l'électrolyse afin de ravitailler les véhicules à hydrogène avec de l'hydrogène. Le gaz naturel synthétique, qui est utilisé dans les véhicules au gaz naturel, y est également produit. Andreas Borgschulte, chercheur à l'Empa, et son équipe travaillent à l'amélioration de ces technologies.

RP
Lien principal : www.empa.ch/web/s502/renewable-fuel
Autre lien : www.empa.ch/

         

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Lionel_fr

Intéressant et pas hors de prix pour un combustible qui peut remplacer les fossiles. Le principe de stations service en mer s’accommode bien de l’éolien flottant aussi. On peut prolonger le concept en y installant un habitat permanent semi submersible puisqu’il y a de l’énergie. L’aquaculture voire l’aquaponie pourraient fournir un complément de revenu, surtout que les navires ont des équipages à nourrir. Alors, on arrive à la notion un peu SF de colonisation des océans. Lequel est quand même moins compliqué que la colonisation spatiale !
Reste à séduire un milliardaire de l’internet !! Il y aura des déboires, peut être des naufrages mais le bilan est positif et les perspectives gigantesques.

cebh2o

J’imagine que de nombreux projets sont en etudes et peine à sortir des cartons mais voilà c’est assez évident : l’ocean est un acteur massif dans le cycle du carbone!

Et je dois pas etre le seul mais çà fait bien quelques années qu’il me parait evident que recolter le co2 sous l’eau (eau froide à haute pression) est infiniment plus intelligent que d’essayer de le recuperer du pot d’echappement. L’atmosphere est le meilleur collecteur-echangeur de co2 avec l’ocean qui soit! C’est evident mais çà reste genant pour l’ensemble des energies fossiles (même celles qui pretendent etre neutres!)

En plus de çà c’est assez magique, un peu de H2 avec du CO2 sous pression, un peu de chaleur perdue (electrolyseur) et voilà que se produit CH4 avec encore de la chaleur perdue (Co2 degaze de l’ocean). Pour couronner le tout on peut ecreter les surproductions ENR avec ce CH4 en le passant dans des fours à arc electriques pour redonner H2 + carbone pur (bref on a fait du stockage energitique et de la captation de co2 atmospherique en 1 coup).
Ainsi les electrolyseurs H2 hors de prix tournent avec un facteur de charge élévés et les fours à arc economique juste en pointe.
La seule vrai difficultée etant de se convaincre qu’il ne faut pas recramer le carbonne ainsi produit 😀

Lionel_fr

Erreur de frappe dans l’article :
diamètre d’environ 100 m2
Il faudrait supprimer le “2” , le diamètre est une distance, pas une surface

Osol-fr

Sur un plant global, est-ce vraiment intéressant d’utiliser le CO2 “emprisonné dans l’océan” pour faire un combustible qui après combustion libèrera ce même CO2 dans l’air ?
On cherche à diminuer les rejets de CO2 donc il semble préférable d’un point de vu environnemental de capturer le CO2 de l’air (même si le rendement est bien plus faible) car le bilan en CO2 dans l’air sera neutre.

Lionel_fr

L’océan dégaze son CO2 dès que l’eau se réchauffe exactement comme une bouteille de coca qui perd son gaz au soleil. Le prélèvement de CO2 décrit dans l’article fait la même chose tout en maintenant l’eau à l’ombre , donc au frais…
Difficile à modéliser mais ce n’est pas vraiment le sujet selon moi. Car si une partie de la population des terres va vivre dans l’océan sur un modèle environnemental favorable, la pression démographique va baisser à terre et l’impact sera globalement très favorable. Ceci sous-entend que l’habitat marin est vraiment conçu autour de techniques durables. Ce qui semble être la cas ici.
Beaucoup diront qu’on ne peut coloniser les mers que pour les polluer davantage mais je ne crois pas que ce soit une fatalité. Les mers peuvent difficilement subir plus de pression qu’elle n’en ont connu jusqu’ici. Si l’habitat marin est viable, pérenne et économiquement rentable, l’opération peut avoir un rapport CO2 très cool.

En effet, l’habitat marin sera réservé dans un premier temps, à des personne bien formées à gagner leur vie dans ces conditions. Or, un habitat en haute mer n’a aucune chance d’être rentable s’il repose sur des modèles polluants comme ceux qui on prévalu sur terre jusqu’ici. Acheminer des polluants en haute mer pour les disperser dans de telles installation est un non-sens économique, alors que l’utilisation des ressources disponibles sur place en fait toute la valeur. Dès lors, les impératifs économiques et environnementaux se rejoignent et le développement sera vertueux. Si tel n’était pas le cas, ce serait un échec mais la situation résultante ne serait pas pire qu’aujourd’hui…

Arnaud Durrieu

Je ne pense pas que la production de méthanol soit une solution pérenne pour faire baisser le taux de CO2 global. Il faut le séquestrer de manière durable et cela est possible sans ingénierie, la nature elle même nous apporte la solution. Il suffit de planter des arbres.
Je trouve que l’option méthanol ouvre la porte à encore plus de production, et pollution, à base de produits plastique.
Pourquoi ne pas tous simplement développer la filière hydrogène et l’utiliser directement pour le transport ou la production d’énergie?

Francois Gagnon

Exact; Inutile de produire un combustible qui émettra du CO2 alors que l’hydrogène est un excellent véhicule énergétique. De plus, convertir l’H2 requiert beaucoup d’énergie gaspillé inutilement.

Lionel_fr

Le rendement énergétique de conversion est moins important que la faisabilité. Les parcs solaires + éoliens en haute mer ne sont pas connectés à la Terre. Leur production sera souvent perdue. Le rendement est un enjeu économique mais l’ajout de panneaux n’est pas très coûteux alors que l’équipement nécessaire pour stocker l’hydrogène est non seulement cher , mais souvent impossible (on ne sait pas stocker des dizaines de tonnes d’hydrogène actuellement). En outre, les bonbonnes de stockage en carbone ont une durée de vie limitée à 5 ans.

Lionel_fr

La première raison tient au parc existant. Tous les véhicules actuels fonctionnent à combustion interne. Le remplacement de tous les moteurs de la planète n’est pas envisageable.
La deuxième tient aux matières premières : Les catalyseurs des piles à combustibles ne fonctionnent pas sans métaux nobles. Les ressources en platine limitent la production annuelle à quelques dizaines de milliers d’unités, les SOFC utilisent d’autres oxydes tout aussi rares hélas. Cette limite est infranchissable actuellement. Les moteurs à combustion n’utilisent que de l’acier ou de l’alu abondants sur Terre.
La troisième raison tient aux caractéristiques atomiques du di-hydrogène : trop froid à l’état liquide (100 ° plus froid que l’azote ou l’oxygène), trop chaud à la combustion (2800°C), il détruit tous les brûleurs et produit des oxydes d’azote.
Enfin, il est très corrosif, les conteneurs métalliques s’effritent alors que la pression utile de stockage est énorme. (200 à 700 bar)
Une station de recharge hydrogène à récemment explosé en Norvège sans faire de blessés mais en détruisant complètement un bâtiment de plusieurs étages…

Je suis fervent défenseur de l’hydrogène mais à l’échelle des problèmes climatiques, il arrive trop tard. Recycler les moteurs à pistons est une question de survie. Ce n’est pas anecdotique. Il faut absolument se garder des “solutions” qui consistent à remplacer tout un parc à l’échelle de l’humanité. Il faut absolument exploiter les moteurs, les usines qui les fabriquent, les trilliards de R&D dépensés pour les améliorer.

Hormis la toxicité de ses vapeurs, le méthanol est “liquide à température ambiante” : tout est dit…

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