Limiter le réchauffement climatique à 2 degrés Celsius nécessitera non seulement de réduire les émissions de dioxyde de carbone, mais aussi l'élimination active du dioxyde de carbone de l'atmosphère. Cette conclusion du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat a suscité un intérêt accru pour les « technologies d'émissions négatives ».

Une nouvelle étude publiée le 25 juin dans Nature Changement Climatique évalue le potentiel des méthodes récemment décrites qui capturent le dioxyde de carbone de l'atmosphère grâce à un processus « électrogéochimique » qui génère également de l'hydrogène gazeux utilisé comme carburant et crée des sous-produits qui peuvent aider à contrer l'acidification des océans.

Premier auteur Greg Rau, chercheur à l'Institute of Marine Sciences de l'UC Santa Cruz et chercheur invité au Lawrence Livermore National Laboratory, a déclaré que cette technologie élargit considérablement les options de production d'énergie à émissions négatives.

Le procédé utilise de l'électricité provenant d'une source d'énergie renouvelable pour l'électrolyse de l'eau salée afin de générer de l'hydrogène et de l'oxygène, couplée à des réactions impliquant des minéraux globalement abondants pour produire une solution qui absorbe et retient fortement le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Rau et d'autres chercheurs ont développé plusieurs méthodes connexes, qui impliquent tous l'électrochimie, eau salée, et des minéraux carbonatés ou silicatés.

"Il ne réduit pas seulement le dioxyde de carbone atmosphérique, il ajoute également de l'alcalinité à l'océan, c'est donc un avantage à deux volets, " a déclaré Rau. "Le processus convertit simplement le dioxyde de carbone en un bicarbonate minéral dissous, qui est déjà abondant dans l'océan et aide à contrer l'acidification."

L'approche des émissions négatives qui a reçu le plus d'attention jusqu'à présent est connue sous le nom d'« énergie de la biomasse plus captage et stockage du carbone » (BECCS). Cela implique la culture d'arbres ou d'autres cultures bioénergétiques (qui absorbent le dioxyde de carbone au fur et à mesure de leur croissance), brûler la biomasse comme combustible pour les centrales électriques, capter les émissions, et enterrer le dioxyde de carbone concentré sous terre.

"BECCS est cher et énergétiquement coûteux. Nous pensons que ce processus électrochimique de génération d'hydrogène offre un moyen plus efficace et plus puissant de générer de l'énergie avec des émissions négatives, " a déclaré Rau.

Lui et ses coauteurs ont estimé que les méthodes électrogéochimiques pourraient, en moyenne, augmenter la production d'énergie et l'élimination du carbone de plus de 50 fois par rapport à BECCS, à un coût équivalent ou inférieur. Il a reconnu que BECCS est plus avancé en termes de mise en œuvre, avec certaines centrales à biomasse déjà en service. Aussi, BECCS produit de l'électricité plutôt que de l'hydrogène moins répandu.

« Les problèmes sont de savoir comment fournir suffisamment de biomasse et le coût et les risques associés au fait de mettre du dioxyde de carbone concentré dans le sol et d'espérer qu'il y reste, " a déclaré Rau.

Les méthodes électrogéochimiques ont été démontrées en laboratoire, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour les étendre. La technologie serait probablement limitée aux sites côtiers ou offshore avec accès à l'eau salée, énergie renouvelable abondante, et minéraux. La coauteure Heather Willauer du U.S. Naval Research Laboratory dirige le projet le plus avancé de ce type, un module d'échange électrolytique de cations conçu pour produire de l'hydrogène et éliminer le dioxyde de carbone par électrolyse de l'eau de mer. Au lieu de combiner ensuite le dioxyde de carbone et l'hydrogène pour fabriquer des hydrocarbures (le principal intérêt de la Marine), le processus pourrait être modifié pour transformer et stocker le dioxyde de carbone sous forme de bicarbonate océanique, réalisant ainsi des émissions négatives.

"C'est le début de la technologie des émissions négatives, et nous devons garder l'esprit ouvert sur les options qui pourraient émerger, " a déclaré Rau. "Nous avons également besoin de politiques qui favoriseront l'émergence de ces technologies."