Procédés et illusions de capture directe du carbone dans l'air (DAC)

Comme l'engagement mondial de lutter contre les le changement climatique s'intensifie, Captage direct du carbone dans l'air (DAC) apparaît comme une technologie prometteuse mais controversée dans l'arsenal des stratégies d'élimination du dioxyde de carbone (CDR). Cet article dissèque les principes fondamentaux de la technologie DAC, analyse diverses approches telles que les sorbants solides et les solvants liquides, et met en lumière le stade actuel de développement atteint par les principaux acteurs de l'industrie. En outre, il abordera les besoins énergétiques, l'impossible viabilité économique et l'impact environnemental des systèmes DAC, tout en s'attaquant aux défis et aux idées fausses qui peuvent nuire à leur efficacité et à leur évolutivité.

A Retenir

• Le DAC repose sur la capture du CO2 directement à partir de l'air ambiant.
• Les différentes technologies comprennent des sorbants solides et des solvants liquides.
• La technologie évolue et des acteurs majeurs du secteur émergent.
• Un apport d'énergie très important est nécessaire pour le fonctionnement du CAD.
• La faisabilité économique varie considérablement d'une région à l'autre et d'une technologie à l'autre.
• L'évolutivité se heurte à des idées fausses en ce qui concerne l'efficacité et les coûts.
• Le meilleur déchet est celui que l'on ne produit pas au départ.

Principes fondamentaux de la technologie de captage du carbone à l'air direct

La technologie de captage direct du carbone dans l'air (DAC) repose sur le principe de la capture chimique du dioxyde de carbone (CO₂) directement à partir de l'atmosphère. Elle utilise généralement un sorbant ou un solvant qui fixe sélectivement le CO₂. Une fois saturé, le matériau est ensuite soumis à un processus de régénération, impliquant souvent de la chaleur ou une réduction de la pression, pour libérer le CO₂ capturé. Par exemple, les systèmes utilisant des sorbants solides peuvent employer un processus cyclique dans lequel le sorbant est chauffé à environ 100-150 degrés Celsius pour libérer le CO₂. Ce processus peut être représenté par la réaction suivante
[latex] {CO}_2 + {Sorbent} {\rightleftharpoons} {Sorbent-CO}_2 {(bound form)} [/latex]

L'efficacité globale des systèmes DAC peut varier considérablement en fonction de la technologie et de la conception employées. Les sorbants à haute température, les solvants aqueux à base d'amines et la minéralisation alcaline font partie des méthodes employées. Un rapport du Global CCS Institute indique que les sorbants à haute température peuvent capturer 90% de CO₂, tandis que les solutions à base d'amines permettent d'obtenir des résultats similaires avec des coûts énergétiques moindres. Chaque méthode montre des compromis distincts en ce qui concerne l'apport énergétique, l'efficacité du captage et le potentiel d'extensibilité, ce qui influe sur le choix de la technologie en fonction de l'application requise.

Vue d'ensemble des différentes approches et technologies DAC

Les technologies de captage direct du carbone dans l'air (DAC) peuvent être classées en deux grandes catégories : les systèmes à base de liquides et les systèmes à base de solides. Les systèmes à base de liquide utilisent principalement des absorbants chimiques pour capturer le CO2 de l'air. Un exemple notable est l'utilisation de solutions d'hydroxyde de potassium (KOH), qui réagissent chimiquement avec le CO2 pour former du carbonate de potassium. Une fois l'absorbant saturé, un processus de régénération thermique est utilisé, libérant du CO2 pur tout en régénérant l'absorbant en vue de sa réutilisation. D'autre part, les systèmes à base de solides utilisent des matériaux absorbants qui lient le CO2. Des matériaux tels que les métaux à fonction amine ou le charbon actif peuvent adsorber le CO2 à des températures ambiantes, ce qui présente l'avantage de réduire les besoins en énergie pour la régénération.

Le choix des matériaux de capture a un impact significatif sur l'efficacité des systèmes DAC. Les sorbants solides sont souvent préférés en raison de leur plus grande capacité d'absorption du CO2 et de leurs coûts énergétiques inférieurs à ceux des systèmes liquides. Par exemple, certaines études indiquent que les systèmes à sorbant solide peuvent atteindre des rendements de capture du CO2 supérieurs à 90% avec une infusion d'énergie relativement faible d'environ 500 MJ/tonne de CO2 capturé, contre jusqu'à 1 240 MJ/tonne pour certains systèmes liquides. Les mesures d'efficacité sont cruciales pour évaluer la faisabilité de la mise en œuvre des DAC à plus grande échelle.

Différentes installations DAC, telles que Climeworks en Suisse et Carbon Engineering au Canada, mettent en évidence les variations opérationnelles de ces technologies. Climeworks a adopté une approche modulaire utilisant des filtres à sorbants solides, tandis que Carbon Engineering utilise une méthode d'absorption liquide plus traditionnelle. Le choix entre ces technologies dépend souvent de facteurs tels que le marché cible, les coûts énergétiques et la situation géographique, qui déterminent l'efficacité opérationnelle des systèmes DAC.

Conseil: lors de l'évaluation des systèmes DAC, il faut tenir compte des sources d'énergie et des coûts locaux, car ils influencent considérablement l'efficacité globale et la faisabilité économique de la technologie choisie.

Besoins et sources d'énergie pour des processus de CAD efficaces

La consommation d'énergie est un élément important à prendre en compte dans les procédés de captage direct du carbone dans l'air (DAC), car l'élimination efficace du CO₂ de l'atmosphère nécessite des apports considérables d'électricité et d'énergie thermique. Les différentes technologies DAC ont des besoins énergétiques variables, qui se situent généralement entre 1,5 et 10 GJ par tonne de CO₂. Les principaux consommateurs d'énergie sont les ventilateurs pour l'admission d'air, les échangeurs de chaleur et les processus chimiques impliqués dans la capture et la libération du CO₂. La spécificité de la technologie et les conditions de l'environnement opérationnel influencent directement ces exigences.

Questions fréquemment posées

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