Si CO 2 les émissions ne diminuent pas assez vite, puis CO 2 devront être retirés de l'atmosphère pour limiter le réchauffement climatique. Non seulement la plantation de nouvelles forêts et la biomasse pourraient y contribuer, mais aussi de nouvelles technologies pour la photosynthèse artificielle. Les physiciens ont estimé la surface nécessaire à de telles solutions. Bien que la photosynthèse artificielle puisse lier le CO 2 plus efficace que le modèle naturel, d'énormes investissements dans la recherche sont nécessaires pour améliorer la technologie.

Après plusieurs années de stagnation des émissions mondiales, ils ont encore quelque peu augmenté en 2017 et 2018. L'Allemagne a également clairement manqué ses objectifs climatiques. Afin de maintenir le réchauffement climatique en dessous de 2 degrés Celsius, seulement environ 1100 gigatonnes de CO 2 pourraient être rejetés dans l'atmosphère d'ici 2050. Et afin de limiter le réchauffement climatique à 1,5 degré, seulement un peu moins de 400 gigatonnes de CO 2 peuvent être émis dans le monde entier. D'ici 2050, les émissions devront tomber à zéro. Actuellement cependant, 42 gigatonnes de CO 2 sont ajoutés chaque année.

Presque tous les différents scénarios nécessitent des "émissions négatives"

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a simulé numériquement divers scénarios. Ce n'est que dans le scénario le plus optimiste que l'objectif climatique pourra encore être atteint :et ce par des mesures immédiates et drastiques dans tous les secteurs (transports, agriculture, construction, énergie, etc.).

Dans les scénarios les moins optimistes, la communauté mondiale devra prendre des mesures supplémentaires à partir de 2030 ou d'ici 2050 au plus tard :nous devrons mettre en œuvre des « émissions négatives » en supprimant de grandes quantités de CO 2 de l'atmosphère et les stocker en permanence afin d'équilibrer le bilan carbone. Un exemple d'émissions négatives est le reboisement à grande échelle - les forêts lient le CO 2 dans le bois tant qu'il n'est pas utilisé par la suite comme combustible. Mais CO 2 pourrait également être retiré de l'atmosphère et lié à l'aide de la photosynthèse artificielle.

Les physiciens ont maintenant calculé comment cela pourrait fonctionner. Le Dr Matthias May de l'Institut HZB pour les combustibles solaires est un expert en photosynthèse artificielle. Le Dr Kira Rehfeld est physicienne de l'environnement à l'Université de Heidelberg et étudie la variabilité du climat et de l'environnement.

Photosynthèse naturelle :une superficie de la taille de l'Europe devrait être boisée

Dans un scénario médian, au moins 10 gigatonnes de CO 2 par an devrait être retiré de l'atmosphère à partir de 2050 environ pour équilibrer le bilan carbone climatique. Boisement et culture de biomasse pour réduire le CO 2 rivaliser pour les mêmes surfaces que celles nécessaires à l'agriculture, toutefois. Avec juste plus de biomasse, il est donc difficile d'atteindre cette échelle, car la photosynthèse naturelle n'est pas un processus particulièrement efficace. Les feuilles sont capables d'utiliser un maximum de deux pour cent de la lumière pour convertir le CO 2 et de l'eau en nouveaux composés chimiques. Les deux physiciens soutiennent que pour lier 10 gigatonnes de CO 2 par an en forêt, environ 10 millions de kilomètres carrés des zones fertiles de la Terre devraient être plantés de nouvelles forêts. Cela correspond à la zone de l'Europe continentale... jusqu'à l'Oural !.

Avec la photosynthèse artificielle, une superficie de la taille de l'État de Brandebourg pourrait suffire

Les systèmes de matériaux actuellement à l'étude pour la photosynthèse artificielle pourraient lier le CO 2 avec une efficacité nettement supérieure. Déjà aujourd'hui, à l'échelle du laboratoire, les systèmes photo-électrochimiques constitués de matériaux semi-conducteurs et d'oxydes peuvent utiliser environ 19% de la lumière pour diviser l'eau, par exemple, et ainsi réaliser une partie du processus de photosynthèse. Cependant, le système matériel envisagé par May et Rehfeld ne consiste pas à produire de l'hydrogène avec la lumière du soleil, mais au lieu de lier le CO 2 molécules et les convertir en composés chimiques stables. "Toutefois, c'est un problème relativement similaire du point de vue de la chimie physique", dit mai.

Le préalable, cependant, est qu'il sera possible d'ici 2050 de développer à grande échelle, modules durables qui utilisent l'énergie solaire pour convertir le CO atmosphérique 2 en d'autres composés. La surface requise pour cette solution peut être calculée. En supposant une efficacité de 19 % et 50 % de pertes du système, environ 30, 000 kilomètres carrés de modules peuvent être suffisants pour extraire 10 gigatonnes de CO 2 de l'atmosphère chaque année. Cela correspond à la superficie approximative de l'État fédéral allemand de Brandebourg.

"Ces types de modules pourraient être placés dans des régions non agricoles - dans les déserts, par exemple. Contrairement aux plantes, ils ne nécessitent pratiquement pas d'eau pour fonctionner, et leur efficacité ne souffre pas lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement solaire intense, " explique May. Le CO extrait 2 pourrait être converti en acide formique, de l'alcool ou de l'oxalate et combinés avec d'autres composés (comme le chlorure de calcium) pour former des minéraux solides qui peuvent être stockés ou même utilisés sous forme de plastique comme matériau de construction.

Focus sur le développement, pas sur les miracles

Même si May et Rehfeld sont convaincus que de telles solutions devraient être examinées de plus près, ils mettent en garde contre le recours aux miracles techniques. En effet, de tels systèmes ne fonctionnent toujours qu'à la plus petite échelle, sont chers, et pas stable à long terme. Changer cela nécessite des investissements importants dans la recherche et le développement.

"Il serait peut-être possible de développer de tels modules, mais même si nous pouvions ensuite les construire, nous estimons que la conversion coûtera au moins 65 euros par tonne de CO 2 . L'extraction de 10 gigatonnes de CO 2 entraîne ainsi des coûts de 650 milliards d'euros chaque année. De plus, les émissions négatives ne peuvent être que le dernier recours pour ralentir l'évolution dramatique du climat. La meilleure chose maintenant serait de réduire drastiquement les émissions immédiatement - ce serait plus sûr et beaucoup moins cher, " dit Mai.