Une nouvelle méthode pour capter le carbone directement de l'air

Tyler Irving

Des chercheurs de l’Université de Toronto démontrent que la cristallisation évaporative des carbonates pourrait réduire jusqu’à 40 % le coût de construction des usines de capture du carbone.

Des chercheurs canadien ont découvert une nouvelle façon de capter le carbone directement de l’air, une méthode qui pourrait offrir des économies de coûts significatives par rapport aux techniques actuelles.

L’équipe nomme sa nouvelle technique la cristallisation par évaporation de carbonate. Comme elle est alimentée par des processus passifs tels que l’action capillaire et l’évaporation, elle a le potentiel d’éliminer certaines des étapes les plus coûteuses requises par les méthodes de capture de carbone existantes.

« Nous avons la technologie pour capturer le dioxyde de carbone (CO₂) des gaz de combustion, ou même directement de l’air, depuis des décennies maintenant« , explique le professeur David Sinton, directeur intérimaire du Lawson Climate Institute de l’Université de Toronto et auteur principal d’un article publié dans Nature Chemical Engineering qui décrit la nouvelle technique.

« Il existe même des usines à grande échelle en fonctionnement, mais la critique que l’industrie reçoit toujours — avec raison — c’est que c’est encore trop cher. Nous avons donc orienté l’approche de notre équipe autour de réductions de coûts radicales, et c’est ce que cette nouvelle méthode de cristallisation par évaporation de carbonate vise à accomplir.«

Le chercheur postdoctoral Dongha Kim est le premier auteur du nouvel article. Il affirme avoir été fortement motivé par le désir de simplifier les systèmes de capture de carbone actuels les plus avancés.

« Une façon de capturer le carbone est d’utiliser un liquide fortement alcalin, par exemple, une solution d’hydroxyde de potassium. Lorsque l’air entre en contact avec ce liquide, le dioxyde de carbone dans l’air réagit pour devenir du carbonate de potassium dissous« , précise Kim.

« Pour accélérer la vitesse de réaction, vous voulez maximiser le contact entre l’air et le liquide. Dans les systèmes les plus avancés d’aujourd’hui, cela se fait en augmentant la surface : une fine couche du liquide est écoulée sur un support solide poreux, avec une structure en nid d’abeille. Des ventilateurs ou des soufflantes géants sont utilisés pour pousser l’air à travers cette fine couche liquide à environ 1,5 mètre par seconde.

Kim indique que dans de nombreux endroits du monde, les vents dominants sont déjà plus rapides que cela : globalement, la moyenne est d’environ 3 mètres par seconde. Cela l’a conduit à réfléchir à des moyens d’exploiter ces vents existants via un système plus passif.

Le concept qu’il a imaginé utilise de longs brins de fibre de polypropylène — essentiellement de la ficelle. Une extrémité de la ficelle est immergée dans une solution d’hydroxyde de potassium, qui est lentement aspirée par capillarité dans les fibres.

Lorsque le vent souffle à la surface de la ficelle, il évapore l’eau de la solution, concentrant l’hydroxyde de potassium dissous à des niveaux extrêmement élevés. C’est là que les avantages de ce système entrent en jeu.

Parce que nous avons une très fine couche d’hydroxyde de potassium extrêmement concentré, la vitesse à laquelle il réagit avec le dioxyde de carbone augmente considérablement« , souligne Kim.

« Nous pouvons capter le carbone à un taux bien plus élevé qu’avec les solutions plus diluées utilisées dans les systèmes actuels. En plus de cela, le sel de carbonate de potassium que nous produisons ne reste pas dissous en solution — au lieu de cela, il forme un cristal solide directement à la surface des fibres.«

Le résultat ressemble un peu à du bonbon rocheux, qui peut être fabriqué à partir de solutions de sucre très concentrées via un processus évaporatif similaire. Le fait que le carbone soit capturé sous cette forme solide présente un autre avantage.

« Dans les systèmes conventionnels, vous avez besoin d’un moyen d’éliminer le carbonate dissous du liquide de capture pour pouvoir le réutiliser« , poursuit Kim.

« Typiquement, cela se fait en ajoutant d’autres produits chimiques, comme du calcium, pour créer un sel non soluble, qu’il faut ensuite filtrer. Mais parce que nous avons cette solution hautement concentrée générée par évaporation passive, nous pouvons aller directement au sel. Nous n’avons pas besoin d’ajouter de calcium, et nous n’avons pas besoin de le filtrer ; à la place, nous pouvons simplement le rincer à l’eau, produisant une solution de carbonate de potassium très concentrée.«

À partir de là, un procédé électrochimique reconvertit les sels de carbonate de potassium en gaz CO₂ pur tout en régénérant simultanément l’hydroxyde de potassium, qui peut être réutilisé. Le gaz CO₂ peut être stocké, injecté dans des puits souterrains ou transformé en carburants et produits chimiques à base de carbone comme le méthanol, l’éthanol, l’éthylène, etc.

Dans l’article, l’équipe a réalisé une analyse technico-économique pour évaluer la compétitivité en termes de coûts du nouveau système s’il était mis à l’échelle industrielle. Ils ont constaté que si les coûts opérationnels étaient similaires à ceux des systèmes existants, les coûts d’investissement pourraient être réduits jusqu’à 40 %.

« Si vous visitez une usine de capture de carbone à l’échelle industrielle, les deux plus gros éléments que vous verrez sont le contacteur d’air, avec les ventilateurs et soufflantes, et l’usine chimique utilisée pour régénérer le liquide de capture« , ajoute Sinton. « Si vous pouvez éliminer ces deux éléments, vous pouvez économiser beaucoup d’argent.«

Il reste des obstacles à surmonter. L’un d’eux est l’humidité : Kim précise que le processus est plus efficace dans l’air sec, le rendant plus adapté à certains environnements que d’autres. Et d’autres défis pourraient surgir alors que l’équipe travaille à construire une usine pilote pour valider davantage la technologie.

Néanmoins, l’équipe estime que l’étude actuelle démontre la preuve de concept, et que des améliorations supplémentaires pourraient continuer à renforcer sa faisabilité économique.

« Il est difficile de prédire le coût ultime, mais ce que nous savons avec certitude, c’est que les fibres de polypropylène sont déjà bon marché et abondantes, et que les processus passifs sont intrinsèquement plus simples et moins coûteux que les actifs« , conclut Sinton.

« Combinez cela avec la surprise scientifique, qui est que notre système crée une très fine couche d’une solution super-concentrée qui fait passer la réaction de capture du carbone à la vitesse supérieure, et tout cela se traduit par une approche très prometteuse.«

Article : « Passive direct air capture via evaporative carbonate crystallization » – Journal : Nature Chemical Engineering – DOI : 10.1038/s44286-025-00308-5

Source : Toronto U.

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