La vapeur s'élève de la centrale au charbon PacifiCorps Hunter à l'extérieur de Castle Dale, Utah. Le 1, La centrale électrique de 577 mégawatts a ouvert ses portes en 1978 et est l'une des plus grandes centrales au charbon de l'ouest des États-Unis. GEORGE FREY/AFP via Getty Images Imaginez un scénario où un super-génie diabolique trouve un moyen d'aspirer tout l'oxygène de l'air, puis l'enfouit dans le sol. Cela ressemble à l'étoffe des bandes dessinées? Bien, Oui, si nous parlons d'oxygène. Mais les scientifiques travaillent sur un moyen de faire exactement cela avec le dioxyde de carbone. Pourquoi capter le dioxyde de carbone de l'air ? Pour lutter contre le réchauffement climatique et le changement climatique.
Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz naturel qui permet à la lumière du soleil d'atteindre la Terre mais empêche également une partie de la chaleur du soleil de rayonner dans l'espace, réchauffant ainsi la planète. Les scientifiques appellent ce réchauffement l'effet de serre. Lorsque cet effet se produit naturellement, il réchauffe suffisamment la Terre pour maintenir la vie. En réalité, si on n'avait pas d'effet de serre, la température moyenne à la surface de la planète serait de seulement 0 degré Fahrenheit (-18 degrés Celsius) [source :Lang]. Sûr, le ski peut être génial, mais nous serions tous trop morts pour en profiter.
Oui, le dioxyde de carbone et l'effet de serre sont nécessaires à la survie de la vie sur Terre. Mais les inventions humaines conçues pour brûler des combustibles fossiles, comme les centrales électriques et les véhicules de transport, libèrent du CO2 supplémentaire en quantités énormes. Et ce n'est pas bon.
La décennie de 2011 à 2020 a été la plus chaude jamais enregistrée [source :Organisation météorologique mondiale]. Depuis la fin des années 1800, la température moyenne de notre planète a augmenté d'environ 2,12 degrés Fahrenheit (1,18 degrés Celsius) [source :NASA]. Par conséquent, la glace aux deux pôles fond, le niveau de la mer monte, les animaux modifient leurs schémas de migration, et de nombreux endroits ont connu une augmentation des événements météorologiques extrêmes [sources :Carrington, NOAA et Bradford].
Alors, quel est le principal moteur de cette tendance au réchauffement ? Malheureusement, humains. Entre 1970 et 2004, les émissions de dioxyde de carbone ont augmenté de 90 % [source :PBL]. Et en 2019, la concentration mondiale moyenne de CO2 dans l'atmosphère terrestre était plus élevée qu'elle ne l'avait été à aucun moment au cours de la précédente 800, 000 ans [source :Lindsey].
Récemment, la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe (CEE-ONU) a appelé au déploiement à grande échelle de la technologie de capture du carbone [source :U.N. News].
Captage du carbone consiste à piéger le dioxyde de carbone à sa source d'émission, le transporter vers un lieu de stockage (généralement en profondeur sous terre) et l'isoler. Cela signifie que nous pourrions potentiellement empêcher l'excès de CO2 d'entrer dans l'atmosphère.
Dans cet article, nous examinerons certaines des méthodes existantes et émergentes de capture et de stockage du carbone.
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En 2014, Boundary Dam Power Station près d'Estevan, Saskatchewan, Canada, est devenu la première centrale électrique au monde à utiliser avec succès le captage et le stockage du carbone. Il produit 115 mégawatts de puissance, et réduit ses émissions de SO2 provenant du processus de charbon jusqu'à 100 pour cent et le CO2 jusqu'à 90 pour cent. SaskPower Le captage et le stockage du carbone (CSC) comportent trois étapes principales :
Examinons plus en détail le processus de piégeage et de séparation :
Le carbone est extrait d'une source d'énergie de trois manières fondamentales :post-combustion, précombustion et oxycombustion [source :National Energy Technology Laboratory].
Une centrale électrique à combustible fossile produit de l'électricité en brûlant des combustibles fossiles (charbon, pétrole ou gaz naturel), qui génère de la chaleur qui se transforme en vapeur. Cette vapeur fait tourner une turbine reliée à un générateur d'électricité. Un autre mot pour le processus de combustion est la combustion.
Avec captage du carbone post-combustion , le CO2 est capté après la combustion du combustible fossile. La combustion de combustibles fossiles produit ce qu'on appelle des gaz de combustion, qui incluent le CO2, vapeur d'eau, l'azote et le dioxyde de soufre.
Dans un processus de post-combustion, Le CO2 est séparé et capté des fumées résultant de la combustion de combustibles fossiles. Ce procédé est la technique la plus couramment utilisée dans la technologie de capture du carbone. C'est une stratégie pratique car elle peut être déployée dans les centrales électriques au charbon nouvelles et préexistantes. Cependant, il y a quelques inconvénients. Pour que cela fonctionne, le captage du carbone post-combustion nécessite des équipements physiquement volumineux — et cela peut rendre les turbines moins efficaces [source :Elhenawy].
Avec captage du carbone en précombustion , le carbone est piégé et retiré des combustibles fossiles avant la fin du processus de combustion.
Charbon, le pétrole ou le gaz naturel est chauffé à la vapeur et à l'oxygène, résultant en un gaz de synthèse, ou gaz de synthèse. Le gaz contient majoritairement du CO2, hydrogène (H2), et le monoxyde de carbone (CO). Plus tard, une réaction séparée convertit l'eau (H2O) en hydrogène. Pendant que ça se passe, une partie du monoxyde de carbone est transformée en dioxyde de carbone. Le résultat final est un mélange gazeux chargé de H2 et de CO2 [source :U.S. Department of Energy].
C'est facile à isoler, capturer et séquestrer le CO2 de ce mélange. Pendant ce temps, les ingénieurs peuvent utiliser l'hydrogène pour d'autres procédés de production d'énergie.
Le captage du carbone en précombustion est généralement plus efficace que la stratégie en postcombustion. Cependant, l'équipement est livré avec un prix plus élevé. Outre, les centrales plus anciennes ont tendance à être moins adaptées à cette technique que certaines nouvelles [source :Elhenawy].
Avec captage du carbone par oxycombustion , la centrale brûle des combustibles fossiles, mais pas dans l'air ordinaire. Au lieu, les combustibles sont brûlés dans un mélange gazeux contenant beaucoup, beaucoup d'oxygène pur. Il en résulte un gaz de combustion dont les deux principaux composants sont le CO2 et l'eau. Après, il est possible de séparer le CO2 en comprimant et en refroidissant l'eau [sources :National Energy Technology Laboratory et National Resources of Canada].
Certains aspects du captage du carbone par oxycombustion sont peu coûteux, mais le processus a un coût global élevé. (L'oxygène pur n'est pas bon marché.) De plus, il y a des inquiétudes quant à son applicabilité. Une revue de 2020 publiée dans la revue Catalysts a fait valoir que la technologie pertinente « doit être prouvée pour les opérations à grande échelle » [source :Elhenawy].
Du côté positif, le captage par oxycombustion peut être utilisé à la fois et nouvelles centrales à charbon [source :Elhenawy].
Maintenant, voici une question importante :une fois le carbone capturé, comment est-il transporté vers un lieu de stockage ? Continuez à lire pour le savoir.
Le sol glacial maintient le carbone enferméLe sol qui reste à ou au-dessous de 32 degrés Fahrenheit (0 degré Celsius) pendant deux années consécutives ou plus est appelé pergélisol. Ce gazon glacial est entré dans la conversation sur le changement climatique. Dans les régions de pergélisol de l'hémisphère nord, environ 1,6 billion à 1,7 billion de tonnes (1, 460 milliards pour 1, 600 milliards de tonnes métriques) de carbone est enfermé dans les sols. Mais alors que le monde se réchauffe et que nombre de ces sédiments fondent, les scientifiques veulent en savoir plus sur la façon dont tout ce carbone piégé depuis longtemps affectera notre planète [source :Schurr].
Pipelines, comme celui-ci à la centrale électrique du barrage Boundary près d'Estevan, en Saskatchewan, Canada, sont souvent utilisés pour transporter du CO2. Phillip Chin/Shell Canada Limitée Une fois le dioxyde de carbone (CO2) capturé, l'étape suivante consiste à le transporter vers un site de stockage. La méthode habituelle de transport du CO2 est par un pipeline.
Les pipelines sont utilisés depuis des décennies, et de grands volumes de gaz, le pétrole et l'eau s'écoulent chaque jour dans les pipelines. Les pipelines de dioxyde de carbone font déjà partie de l'infrastructure aux États-Unis et dans de nombreux autres pays. En réalité, il y en a maintenant plus de 4, 039 milles (6, 500 kilomètres) de pipelines de CO2 répartis à travers l'Afrique, Australie, le Moyen-Orient et l'Amérique du Nord. La plupart ont été créés pour un processus appelé Enhanced Oil Recovery (EOR), mais certains sont liés à des projets CCS [source :Noothout].
Vous pouvez installer un pipeline à peu près n'importe où, y compris sous terre ou sous l'eau. On peut les trouver en train de traverser des environnements aussi divers que les déserts, terres agricoles, chaînes de montagnes et océans. [source :Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat].
Les pipelines peuvent être connectés à des usines de traitement ou à des centrales électriques qui dépendent des combustibles fossiles, ainsi que des sources naturelles de CO2. La pureté de l'approvisionnement en CO2 d'une ligne peut être affectée par les types de technologies utilisées à sa source [source :Noothout].
Dans certains cas, le CO2 pourrait voyager aussi loin que possible dans le tuyau, puis transition vers un camion-citerne, navire-citerne ou des bouteilles sous pression pour terminer son voyage. A noter qu'il existe un risque d'asphyxie si une quantité massive de CO2 s'échappe dans l'atmosphère. Comme pour les réservoirs qui transportent du gaz naturel et d'autres matières dangereuses, une bonne construction est la clé. Cette, et bonne conduite.
Revenons aux pipelines, ils peuvent transporter du CO2 sous trois états :gazeux, liquide et solide. Le CO2 solide est communément appelé glace sèche, et il n'est pas rentable de transporter le CO2 sous forme solide.
Les pipelines transportent généralement du dioxyde de carbone à l'état gazeux. Ledit gaz doit être comprimé avant d'être déplacé du point A au point B. Selon le National Energy Technology Laboratory, la plage de pression idéale se situe entre 1500 et 2200 PSI (ou 10, 342 et 15, 168 KPA).
Les ingénieurs doivent se méfier des impuretés dans le flux de CO2, comme le sulfure d'hydrogène et l'eau. Ce dernier est connu pour corroder les pipelines, mais ce n'est que la pointe de l'iceberg. Sous haute pression et basse température, l'eau de ces canalisations peut former des hydrates de gaz naturel, cristaux solides qui peuvent obstruer vos lignes. Les scientifiques cherchent encore des moyens de traiter ces impuretés [sources :Onyebuchi et Bai].
Dans le monde du BTP, la sécurité est une priorité absolue. Si un tuyau se rompt près d'une zone peuplée, la libération soudaine de gaz CO2 en grande quantité pourrait avoir de graves répercussions tant sur la santé publique que sur l'environnement. Pour empêcher l'équipement de creusement industriel de heurter accidentellement les tuyaux, les planificateurs peuvent les enterrer profondément sous terre. Aussi, quand c'est possible, pose de canalisations loin des villes, villes et autres pourraient être conseillés [source :Onyebuchi].
DNV, une société de gestion des risques et d'assurance qualité de premier plan basée en Norvège, a publié de nouvelles procédures de sécurité pour les pipelines de transport de CO2 en 2021. le Health and Safety Executive du Royaume-Uni dispose désormais d'une longue liste de directives couvrant tout, de la corrosion à l'utilisation des terres.
Les coûts du pipeline fluctuent en fonction du tracé du pipeline (à travers des zones fortement encombrées, montagnes, offshore); la qualité des matériaux; l'équipement concerné; combien de travail est nécessaire; et autres dépenses.
Créatures de carboneLes atomes de carbone représentent environ 12% de tous les atomes de votre corps. Pour mettre cela en perspective, une personne de 176 livres (80 kilogrammes) contient environ 31,7 livres (14,4 kilogrammes) de carbone. Nous pensons que vous conviendrez qu'il s'agit d'un chiffre important. De tous les éléments nécessaires pour faire un « corps humain, " seul l'oxygène représente plus de masse corporelle. De plus, plus de 99 atomes sur 100 trouvés dans notre corps sont soit de l'oxygène, carbone, atomes d'hydrogène ou d'azote [source :New Scientist].
Comment fonctionnent la capture et le stockage du carbone The Royal Society of Chemistry Après avoir collecté et transporté tout ce dioxyde de carbone (CO2), nous allons avoir besoin d'un endroit pour le mettre. Mais où? Dans une sorte d'unité de stockage géante ? Un énorme tank dans le désert ? Aurons-nous besoin de plus de décharges pour stocker nos déchets de CO2 ?
Ne t'inquiète pas, la réponse à toutes ces questions est "non". Nous avons trouvé quelques endroits pour stocker du CO2, dont plusieurs souterrains. En réalité, il y a des recherches qui suggèrent que les États-Unis à eux seuls ont suffisamment d'espace souterrain pour contenir potentiellement 1,8 billion de tonnes (1,71 billion de tonnes métriques) de dioxyde de carbone dans les aquifères profonds, roches perméables et autres endroits similaires [source :Cunliff et Nguyen].
Parlons de la logistique du stockage souterrain. Profond souterrain, Le CO2 peut être maintenu à des pressions supérieures à 1, 057 PSI (72,9 atm) et à des températures supérieures à 88 degrés Fahrenheit (31,1 degrés Celsius).
Lorsque ces conditions spécifiques sont remplies, Le CO2 devient supercritique. Dans cet état, le dioxyde de carbone prend des propriétés normalement associées aux gaz et aux liquides. Le CO2 supercritique a une faible viscosité, tout comme un gaz. Mais en même temps, il a également la haute densité d'un liquide [sources :National Energy Technology Laboratory et Imaging Technology Group].
Parce qu'il peut s'infiltrer dans les espaces des roches poreuses, une grande quantité de CO2 peut être stockée dans une zone relativement petite. Les réservoirs de pétrole et de gaz sont bien adaptés pour stocker le CO2 car ils sont constitués de couches de formations rocheuses poreuses qui ont emprisonné le pétrole et le gaz pendant des années [source :Center for Science Education].
Le CO2 est injecté artificiellement dans les formations rocheuses souterraines sous la surface de la Terre. Ces réservoirs naturels ont des roches sus-jacentes qui forment un joint, maintenir le gaz contenu. Il peut y avoir des risques pour le stockage souterrain, bien que, et nous en discuterons un peu plus tard.
Les formations rocheuses basaltiques constituent également des sites de stockage de CO2 attrayants. D'origine volcanique, le basalte est l'un des types de roche les plus courants dans la croûte terrestre. Les chercheurs ont découvert que lorsque le CO2 réagit avec le magnésium et le calcium que le basalte contient naturellement, ça peut être transformés en minéraux solides , spécifiquement la dolomie, calcite et magnésite [source :Cartier].
Ensuite, nous avons des gisements de charbon. Parfois, ceux qui ont été radiés comme « inexploitables » peuvent contenir de très grandes quantités de CO2 capturé. À l'intérieur, il est possible de stocker le gaz à des pressions plus basses — et ainsi d'économiser de l'argent [source :Talapatra].
En plus du stockage souterrain, nous regardons également l'océan pour le stockage permanent du CO2. Historiquement, il y a eu beaucoup de discussions sur le déversement potentiel de CO2 directement dans l'océan - à des profondeurs supérieures à 9, 842 pieds (3, 000 mètres). Que loin sous la surface, le dioxyde de carbone est en fait plus dense que l'eau. Alors j'espère, le CO2 déversé serait piégé en place pendant un certain temps [source :Center for Science Education].
Le stockage du carbone dans les océans n'est en grande partie pas testé, et il existe de nombreuses inquiétudes concernant la sécurité de la vie marine et la possibilité que le dioxyde de carbone soit éventuellement réintroduit dans l'environnement.
Prochain, nous examinerons certaines de ces préoccupations plus en détail et découvrirons si le captage et le stockage du carbone sont une solution viable pour notre avenir.
Enrôler les mersUne méthode hypothétique d'élimination du CO2 a été récemment proposée par des scientifiques de l'Université de Californie, Los Angeles. Le plan consisterait à extraire le CO2 de l'eau de mer et à le convertir artificiellement en calcaire et en magnésium pour le stockage. L'eau de nos océans contient naturellement environ 150 fois plus de dioxyde de carbone que l'atmosphère terrestre. En supprimant le CO2 existant, nous pourrions théoriquement pousser l'eau de mer à extraire davantage de gaz à effet de serre de notre atmosphère. Appelé « séquestration et stockage du carbone en une seule étape, " ou SCS 2 , le processus nécessiterait très probablement un investissement financier énorme. (Pense des milliards de dollars.) [source :Lewis].
L'installation de Petra Nova, une centrale au charbon située près de Houston, Texas, est la seule installation de captage et de stockage du carbone aux États-Unis. Il aurait capté et réutilisé plus de 90 pour cent de ses propres émissions de CO2. Luke Sharrett/Bloomberg via Getty Images Même si le captage et le stockage du carbone peuvent sembler une solution miracle, ce n'est pas sans inquiétude ou controverse.
Pour commencer, il est important de se rappeler que le captage et le stockage du carbone (CSC) n'est pas un permis pour continuer à émettre du CO2 dans l'atmosphère. Quel que soit l'avenir du CCS, d'autres efforts de réduction des émissions seront encore nécessaires. Cependant, Le CSC fournit un moyen de nettoyer certaines de nos centrales électriques existantes.
Selon un rapport de 2020 du Global CCS Institute, il existe désormais « 65 installations commerciales de CSC à divers stades de développement dans le monde ».
Pourtant, certains critiques s'inquiètent de l'économie du CSC. Les voitures électriques et les panneaux solaires sont des produits qui peuvent être commercialisés et vendus aux particuliers et aux organisations privées. Mais en revanche, trouver des moyens de monétiser le CO2 capturé s'est avéré difficile.
Un autre inconvénient ? Les technologies CCS actuelles nécessitent en fait beaucoup d'énergie pour être mises en œuvre et exécutées. Outre, ils dépendent de l'eau — et en grande quantité — pour le refroidissement et le traitement [sources :Magneschi et Rosa].
Compte tenu de ce besoin en H2O, il y a eu des débats sur la façon dont le CSC pourrait (ou non) contribuer à la rareté de l'eau. En 2020, une équipe dirigée par Lorenzo Rosa à l'Université de Californie, Berkeley a simulé les effets de la modernisation de chaque grande centrale électrique au charbon dans le monde avec quatre types différents de technologie CCS.
Pour citer leur article, que la revue Nature Sustainability a publié le 4 mai 2020, "certaines zones géographiques manquent de ressources en eau suffisantes pour répondre aux demandes supplémentaires en eau des technologies CSC."
Et ce n'est qu'une des préoccupations environnementales que les gens ont soulevées au sujet du captage et du stockage du carbone.
Que se passe-t-il si le dioxyde de carbone s'échappe sous terre ? Il est difficile de prédire ce que l'avenir lointain réserve pour le CO2 que nous avons déjà piégé sous la surface de la Terre. La mise en œuvre de bonnes réglementations – et le choix de sites de stockage de qualité – pourraient faire une énorme différence sur la route.
Il existe plusieurs façons potentielles pour le CO2 récupéré de fuir à la surface. Ironiquement, les puits construits pour l'injecter sous terre dans un premier temps pourraient devenir une échappatoire possible par la suite. Il en va de même pour les puits de pétrole et de gaz abandonnés – ou les failles naturelles [source :Dunne].
Une projection de 2018 affirme que les fuites sont peu probables si un « stockage bien régulé de manière réaliste » est mis en œuvre. Cela contredit certaines recherches antérieures sur le sujet [sources :Dunne et Alcalde].
Certains opposants au CSC pensent que, viable ou non, l'accent est tout faux. Ils disent que nous devrions nous concentrer sur les moyens de nous sevrer des combustibles fossiles, mais le CSC prolonge la vie des centrales électriques qui en dépendent.
De l'autre côté du fossé, Les partisans du CSC pensent que les énergies renouvelables ne sont qu'une partie de la solution. À leur avis, nous devrons probablement les combiner avec la technologie de capture du carbone afin d'avoir un espoir sérieux de contrecarrer un changement climatique catastrophique.
Il y a encore de nombreuses questions sur le rôle que la capture et le stockage du carbone joueront à terme pour nous aider à atténuer l'effet de serre et à lutter contre le changement climatique. Mais une chose est sûre :les émissions de dioxyde de carbone sont un problème mondial.
Les arbres ne nous sauveront pasLes arbres sont définitivement nos alliés dans la croisade contre le réchauffement climatique et le changement climatique. La photosynthèse leur permet d'absorber et de stocker le dioxyde de carbone, les plantes agissent donc un peu comme des dispositifs CCS entièrement naturels. Malheureusement, les scientifiques disent qu'il n'y a aucun moyen de planter suffisamment d'arbres pour contrer tout l'excès de CO2 que nous avons pompé dans notre atmosphère en brûlant des combustibles fossiles. Outre, les forêts plus anciennes peuplées d'une variété d'espèces d'arbres sont plus aptes à emprisonner le CO2 que les plus jeunes, plus homogènes [source :Tso].
Publié à l'origine:9 juil. 2008
