Vous connaissez peut-être la capture directe de l'air, ou DAC, dans laquelle le dioxyde de carbone est retiré de l'atmosphère dans le but de ralentir les effets du changement climatique. Maintenant, un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) a proposé un schéma de capture directe dans l'océan. Suppression du CO₂ des océans leur permettra de continuer à faire leur travail d'absorption de l'excès de CO₂ de l'atmosphère.

Les experts s'accordent pour la plupart sur le fait que la lutte contre le changement climatique nécessitera plus que l'arrêt des émissions de gaz à effet de serre. Nous devons également éliminer le dioxyde de carbone et les autres gaz à effet de serre qui ont déjà été émis, à hauteur de gigatonnes de CO₂ supprimées chaque année d'ici 2050 afin d'atteindre des émissions nettes nulles. Les océans contiennent beaucoup plus de CO₂ que l'atmosphère et ont agi comme un puits de carbone important pour notre planète.

Peter Agbo est un scientifique du personnel du Berkeley Lab dans la division des sciences chimiques, avec une nomination secondaire dans la division de la biophysique moléculaire et de la bioimagerie intégrée. Il a reçu une subvention dans le cadre de la Carbon Negative Initiative de Berkeley Lab, qui vise à développer des technologies révolutionnaires d'émissions négatives, pour sa proposition de capture des océans. Ses co-chercheurs sur ce projet sont Steven Singer du Joint BioEnergy Institute et Ruchira Chatterjee, scientifique de la division de biophysique moléculaire et de bioimagerie intégrée du laboratoire de Berkeley.

Q. Pouvez-vous expliquer comment vous envisagez le fonctionnement de votre technologie ?

Ce que j'essaie essentiellement de faire, c'est de convertir le CO₂ au calcaire, et une façon de le faire est d'utiliser de l'eau de mer. La raison pour laquelle vous pouvez le faire est que le calcaire est composé de magnésium, ou de ce qu'on appelle des carbonates de magnésium et de calcium. Il y a beaucoup de magnésium et de calcium naturellement présents dans l'eau de mer. Donc, si vous avez du CO₂ gratuit flottant dans l'eau de mer, avec ce magnésium et ce calcium, il formera naturellement du calcaire dans une certaine mesure, mais le processus est très lent - des échelles de temps géologiques limites.

Il s'avère que le goulot d'étranglement dans la conversion du CO₂ à ces carbonates de magnésium et de calcium dans l'eau de mer est un processus naturellement catalysé par une enzyme appelée anhydrase carbonique. Il n'est pas important de connaître le nom de l'enzyme; il est juste important de savoir que lorsque vous ajoutez de l'anhydrase carbonique à ce mélange d'eau de mer, vous pouvez essentiellement accélérer la conversion du CO₂ à ces calcaires dans des conditions appropriées.

Et donc l'idée est d'augmenter cela, en attirant du CO₂ de l'atmosphère dans l'océan et finalement dans un produit calcaire que vous pourriez séquestrer.

Q. Fascinant. Vous voulez donc transformer le dioxyde de carbone en roche en utilisant un processus qui se produit naturellement dans l'eau de mer, mais en l'accélérant. Cela ressemble presque à de la science-fiction. Quels sont les défis pour que cela fonctionne ?

Pour absorber le CO₂ depuis les airs assez rapidement pour que la technologie fonctionne, vous devez résoudre le problème de savoir comment fournir suffisamment de cette enzyme pour pouvoir déployer ce processus à une échelle significative. Si nous devions simplement essayer de fournir l'enzyme sous forme de produit pur, vous ne pourriez pas le faire d'une manière économiquement viable. Donc, la question à laquelle j'essaie de répondre ici est, comment feriez-vous cela? Vous devez également trouver des moyens de stabiliser le pH et de mélanger suffisamment d'air pour augmenter et maintenir votre CO₂ concentration dans l'eau.

La solution qui m'est venue à l'esprit était, d'accord, étant donné que nous savons que l'anhydrase carbonique est une protéine, et que les protéines sont naturellement synthétisées par des systèmes biochimiques, tels que des bactéries, que nous pouvons manipuler, puis nous pourrions prendre des bactéries et ensuite les concevoir pour faire carbonique anhydrase pour nous. Et vous pouvez simplement continuer à faire pousser ces bactéries tant que vous les nourrissez. Un problème, cependant, est que vous avez maintenant déplacé le fardeau des coûts vers la fourniture de suffisamment de nourriture pour produire suffisamment de bactéries pour produire suffisamment d'enzymes.

Une façon de contourner ce problème serait d'utiliser des bactéries qui peuvent se développer en utilisant de l'énergie et des nutriments facilement disponibles dans l'environnement naturel. Cela indiquait donc des bactéries photosynthétiques. Ils peuvent utiliser la lumière du soleil comme source d'énergie, et ils peuvent également utiliser le CO₂ comme source de carbone pour se nourrir. Et certaines bactéries photosynthétiques peuvent également utiliser les minéraux naturellement présents dans l'eau de mer essentiellement sous forme de vitamines.

Q. Intéressant. Ainsi, le chemin pour capturer l'excès de CO₂ repose sur la capacité de créer un microbe ?

Potentiellement à sens unique, oui. Ce sur quoi j'ai travaillé dans ce projet est de développer une bactérie génétiquement modifiée qui est photosynthétique et conçue pour produire beaucoup d'anhydrase de carbone à sa surface. Ensuite, si vous deviez le mettre dans de l'eau de mer, où vous avez beaucoup de magnésium et de calcium, et aussi du CO₂ présent, vous verriez une formation rapide de calcaire. C'est l'idée de base.

C'est un petit projet pour l'instant, j'ai donc décidé de me concentrer sur l'obtention de l'organisme modifié. En ce moment, j'essaie simplement de développer le système de catalyseur primaire, qui sont les bactéries modifiées enzymatiquement pour conduire la minéralisation. Les autres éléments non triviaux de cette approche :comment concevoir de manière appropriée le réacteur pour stabiliser le CO₂ les concentrations et le pH nécessaires pour que ce système fonctionne - sont des défis futurs. But I've been using simulations to inform my approaches to those problems.

It's a fun project because on any given day my co-PIs and I could be doing either physical electrochemistry or gene manipulation in the lab.

Q. How would this look once it's scaled up? And how much carbon would it be able to sequester?

What I have envisioned is, the bacterium would be grown in a plant-scaled bioreactor. You basically flow seawater into this bioreactor while actively mixing in air, and it processes the seawater, converting it to limestone. Ideally, you probably have some type of downstream centrifugation process to extract the solids, which maybe could be driven by the flow of water itself, which then helps to pull out the limestone carbonates before you then eject the depleted seawater. An alternative that could possibly resolve the pH constraints of mineralization would be to implement this instead as a reversible process, where you also use the enzyme to reconvert the carbon you've captured in seawater back to a more concentrated CO₂ stream (carbonic anhydrase behavior is reversible).

What I've calculated for this system, assuming that the protein carbonic anhydrase behaves on the bacterial surface, more or less, the way it does in free solution, would suggest that you would need a plant that has only about a 1-million-liter volume, which is actually quite small. One of those could get you to roughly 1 megaton of CO₂ captured per year. A lot of assumptions are built into that sort of estimate though, and it's likely to change as work advances.

Erecting 1,000 such facilities globally, which is a small number compared to the 14,000 water treatment facilities in the United States alone, would permit the annual, gigaton-scale capture of atmospheric CO₂ . + Explorer plus loin

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