Dans un document de recherche, les scientifiques affirment que la capture du dioxyde de carbone directement des océans pourrait présenter des avantages par rapport à la capture directe de l’air.
Alors que l’activité humaine et le changement climatique augmentent la quantité de dioxyde de carbone dans l’océan, nuisant aux récifs coralliens et à la vie marine, les chercheurs ont conçu une nouvelle technologie utilisant de l’hydroxyde de sodium aqueux et du carbonate de sodium pour éliminer le dioxyde de carbone de l’eau des océans, contribuant ainsi à inverser l’acidification et à réduire la pollution mondiale. échauffement.
« Il a fallu des années pour réaliser cela expérimentalement », a déclaré Katherine Hornbostel, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux à la Swanson School of Engineering de l’Université de Pittsburgh. « C’était donc très gratifiant de voir quand les résultats expérimentaux correspondaient enfin à notre modèle.[s].»
Hornbostel a poursuivi le développement de cette technologie il y a cinq ans, alors qu’il y avait peu de recherche ou de financement pour capturer le dioxyde de carbone de l’océan, a-t-elle déclaré. Il existe deux modèles, l’un utilisant des solvants microencapsulés à base de carbonate de sodium et l’autre utilisant des contacteurs à membrane à fibres creuses contenant de l’hydroxyde de sodium. Les deux modèles sont différents en termes de géométrie mais fonctionnent de la même manière, a déclaré Hornbostel.
Pour le premier modèle, Hornbostel, en collaboration avec le professeur adjoint Tagbo Niepa du département de génie chimique et pétrolier de Swanson, a développé des capsules contenant un solvant constitué d’une solution de sodium. Niepa a déclaré qu’il avait initialement conçu les capsules comme un outil d’évaluation pour scanner le corps humain, mais qu’il avait pu les retravailler pour en faire des véhicules permettant de décarboniser l’océan.
Hornbostel a déclaré que les capsules sont comme des perles de caviar extrêmement petites, contenant du carbonate de sodium liquide avec lequel le dioxyde de carbone peut réagir.
« Il faut donc emballer beaucoup de ces petites perles » dans les tubes capillaires pour que l’eau de mer s’écoule afin qu’il y ait « une tonne de points de contact », a déclaré Horbonstel. « Plus de CO2 » passera et diffusera « d’une capsule à l’autre car, en gros, il veut réagir avec le liquide à l’intérieur des capsules ».
Les capsules de sodium peuvent être régénérées en les cuisant à la vapeur à une température de 100 à 120 degrés Celsius, ce qui permettrait d’éliminer le dioxyde de carbone capturé et de le stocker, indique le journal. La régénération permet également de réutiliser les capsules pour capturer davantage de dioxyde de carbone lors des cycles futurs.
La « membrane à fibres creuses » permet à l’eau de mer de pénétrer et de réagir avec les solvants hydroxyde de sodium contenus dans les capsules cylindriques. La membrane permet un transfert massif d’eau de mer pour réagir avec le solvant, a déclaré Hornbostel.
La membrane à fibres creuses est constituée d’un polymère flexible similaire au polypropylène qui laisse passer les gaz, mais pas les liquides ou les ions. « Nous sommes la première équipe à notre connaissance à démontrer l’élimination du CO2 de l’eau de mer à l’aide d’un contacteur membranaire avec un solvant CO2 », indique l’article de l’équipe de recherche.
Horbostel a déclaré qu’avoir une surface élevée pour l’eau de mer est important, car cela permet au dioxyde de carbone dilué d’être éliminé plus rapidement de l’eau. « Le transfert de masse évolue directement avec la surface, donc si vous doublez la surface d’une membrane, cela doublera la vitesse à laquelle le dioxyde de carbone la traverse », a-t-elle déclaré.
L’eau de mer « contient de fortes concentrations de CO2 lié… potentiellement accessible » grâce à la technologie de capture directe dans l’océan, indique le document. « De plus, l’eau de mer est 1 000 fois plus dense que l’air, ce qui pourrait réduire la taille du système. »
La capture directe des océans, selon le document, « pourrait également potentiellement être réalisée en mer » sur une plate-forme pétrolière abandonnée, par exemple, pour éviter d’utiliser l’espace terrestre, et être colocalisée avec l’énergie éolienne offshore et/ou le stockage offshore » du gaz CO2 capturé.
Garantir que la technologie fonctionne à plus grande échelle dans l’océan à un coût abordable est un défi mais pas impossible, a déclaré Hornbostel. Elle et l’équipe examineront les moyens d’augmenter le pH de l’eau des océans, ce qui permettrait la libération de davantage de dioxyde de carbone. Bien qu’encore au stade de la planification, le modèle peut être placé au large dans une région reconnue pour avoir une forte concentration de dioxyde de carbone dans l’océan, a déclaré Hornbostel.
« En tant que partie la plus importante du cycle naturel du carbone sur Terre, l’océan a un énorme potentiel pour contribuer à l’élimination du dioxyde de carbone à l’échelle requise », a déclaré David Koweek, scientifique en chef à l’organisation à but non lucratif OceanVisions et expert des travaux de Hornbostel. « Pourtant, une grande partie de ce potentiel reste inexploitée en raison du faible niveau de recherche et de développement dans les technologies d’élimination du dioxyde de carbone basées sur les océans. »
Le document de Hornbostel indique que 10 gigatonnes de dioxyde de carbone doivent être éliminées de l’environnement chaque année d’ici 2050 pour garantir que la température mondiale n’augmente pas de plus de 1,5 degré Celsius, l’objectif le plus ambitieux de l’accord de Paris sur le climat de 2050.
Des études montrent que l’océan couvre plus de 70 pour cent de la surface de la Terre et a absorbé environ 25 pour cent du dioxyde de carbone dû à l’activité humaine. L’océan et l’atmosphère recherchent l’équilibre en échangeant constamment du dioxyde de carbone et divers autres gaz. Étant donné que le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère et dans les océans est lié, Hornbostel a déclaré que la technologie de capture du carbone fonctionne à la fois dans les océans et dans l’atmosphère.
« Notre technologie peut être considérée comme une » capture indirecte de l’air « , car l’océan éliminera davantage de dioxyde de carbone de l’air au-dessus de lui pour remplacer le dioxyde de carbone que nous éliminons. » » dit Hornbostel.
Une fois que le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère atteint l’océan, il se dissout en acide carbonique, abaissant le pH de l’océan pour le rendre plus acide et donc moins habitable pour la vie marine, selon la National Oceanic and Administration du Département américain du Commerce.
Peter Petraitis, professeur de biologie à l’Université de Pennsylvanie, a observé une corrélation entre l’augmentation du dioxyde de carbone dissous dans l’océan et le déclin des moules et des gastéropodes dans le golfe du Maine au cours des deux dernières décennies. Petraitis et son équipe ont continué à collecter des données depuis la publication de leur étude en 2020 et ont remarqué que les gastéropodes déclinent à un rythme bien plus élevé que prévu.
« La température de l’eau augmente et [gastropods] sont en baisse, donc la corrélation est assez forte », a déclaré Petraitis.
Les recherches de Petraitis ont révélé que le golfe du Maine souffre d’un pH faible et d’un réchauffement plus rapide que 99,9 % de tous les océans de la planète et qu’à mesure que le temps passe, il deviendra moins capable d’atténuer les effets de l’acidification des océans.
Le niveau actuel du pH de l’océan mondial est d’environ 8,1, soit une baisse de 0,1 depuis le début de la révolution industrielle, selon l’Agence de protection de l’environnement. Le changement subtil du niveau de pH est alarmant, a déclaré Hornbostel, car une diminution d’une unité de pH équivaut à une augmentation de dix fois de l’acidité. L’acide doux formé lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l’eau neutralise le carbonate et le bicarbonate de calcium, que les coraux et autres invertébrés utilisent pour construire leurs coquilles et leurs squelettes durs.
Les recherches de l’équipe de Hornbostel ont révélé que sa technologie est prometteuse, mais qu’elle nécessitera la construction de capsules en grands lots et l’étude de la manière dont la technologie peut être combinée pour fonctionner avec les infrastructures existantes, comme les installations de dessalement. Leur article appelle à davantage de recherches sur la technologie de captage du dioxyde de carbone dans l’eau de mer, ce qui est impératif compte tenu du réchauffement et de l’acidification rapides des océans.
