Capturer le carbone avec des enzymes

Une nouvelle façon de capturer le dioxyde de carbone des cheminées produit une matière première qui peut être séquestrée sous terre ou transformée en substances telles que le bicarbonate de soude, la craie ou le calcaire. CO2 Solution, de Québec, Canada, a déjà testé son procédé sur un petit incinérateur municipal et une aluminerie d'Alcoa. Ses scientifiques travaillent maintenant avec le géant de l'équipement de centrale électrique Babcock et Wilcox sur les moyens d'adapter la technologie à une centrale électrique au charbon.

Un bioréacteur à solution de CO2, comme celui illustré dans le schéma ci-dessus, contient un matériau d'emballage lié à une enzyme qui interagit avec une solution d'eau pompée par le haut et les émissions de la cheminée qui pénètrent et bouillonnent par le bas. Le dioxyde de carbone dans le flux d'émissions est capturé par les enzymes à la surface du matériau de garnissage et converti en ions bicarbonate. L'air épuré s'échappe alors par le haut tandis que la solution de bicarbonate sort par le bas. Le bicarbonate, dans un processus séparé, peut être extrait de la solution et transformé en composés, tels que le calcaire, à utiliser par l'industrie.

La société a génétiquement modifié E. coli bactéries pour produire une enzyme qui convertit le dioxyde de carbone en bicarbonate. L'enzyme est au cœur d'une technologie de bioréacteur qui pourrait être étendue pour capturer les émissions de dioxyde de carbone des centrales électriques fonctionnant aux combustibles fossiles - un développement opportun alors que le soutien politique grandit pour les systèmes de plafonnement et d'échange qui attribuent une valeur marchande à carbone.

Jusqu'à présent, nous avons un petit prototype, explique Sylvie Fradette, vice-présidente de la recherche et du développement chez CO2 Solution. Ensuite, nous devons examiner ce qui est nécessaire pour un très grand prototype ou une usine pilote.

L'enzyme, appelée anhydrase carbonique, traite habituellement le dioxyde de carbone produit dans les organismes. Dans E. coli il joue un rôle essentiel dans le métabolisme. Étudiante au doctorat dans les années 1990, Fradette a dirigé une équipe de recherche à l'Université Laval qui a isolé l'enzyme, l'a immobilisée et a trouvé comment la reproduire. Après avoir obtenu son doctorat. en génie chimique, elle a rejoint CO2 Solution en 1998. Nous avons pensé qu'il serait intéressant d'utiliser cette enzyme pour reproduire ce qu'elle fait déjà si bien dans la nature, dit Fradette. Nous avons trouvé qu'il était très efficace pour faire la transformation du CO2.

Il existe de nombreuses autres façons de capturer le dioxyde de carbone des cheminées industrielles et des centrales électriques, mais la séparation du flux de dioxyde de carbone d'autres gaz et polluants rend la plupart de ces approches énergivores et donc très coûteuses. Fradette dit que l'approche de CO2 Solution - qui ne nécessite pas de séparation du dioxyde de carbone des autres gaz - peut être appliquée à tout effluent gazeux contenant du dioxyde de carbone, elle serait donc idéale pour les centrales au charbon conventionnelles et les nouvelles installations de charbon propre basées sur la gazéification.

Le bioréacteur est un long cylindre contenant un matériau de garnissage qui agit comme un support solide pour l'enzyme. La surface de ce matériau a été modifiée chimiquement afin que les enzymes se fixent solidement. Au sommet du cylindre, une solution d'eau est pompée et s'écoule autour du matériau d'emballage, tandis que les gaz d'une cheminée pénètrent dans le fond du cylindre et bouillonnent à travers la solution. Le dioxyde de carbone est absorbé dans la solution puis interagit avec les enzymes, qui convertissent le gaz à effet de serre en ions bicarbonate. Pour terminer le processus, l'air purifié s'échappe par le haut tandis que la solution de bicarbonate est extraite pour un traitement ultérieur - soit en dioxyde de carbone pur pour un stockage géologique à long terme, soit en un composé carbonate, tel que le calcaire, qui peut être utilisé par l'industrie .

Don Langley, vice-président et directeur de la technologie de Babcock and Wilcox, affirme que l'approche est plus prometteuse pour la capture du carbone à grande échelle que certaines alternatives, telles que les fermes d'algues absorbant le dioxyde de carbone qui nécessitent d'énormes étendues de terre. Nous sommes actuellement en discussions sérieuses sur la manière d'aller de l'avant avec une relation plus formelle, qui inclurait potentiellement l'octroi de licences pour la technologie et le développement conjoint, a déclaré Langley, ajoutant que le bioréacteur doit être considérablement agrandi et fonctionner plus efficacement pour être économique. . Nous faisons en quelque sorte des paris, si vous voulez, dit-il. Évidemment, nous voyons certaines choses dans l'approche de CO2 Solution que je ne voudrais vraiment pas divulguer qui nous intéressent beaucoup.

Le géant de l'aluminium Alcoa a testé le prototype de laboratoire de CO2 Solution en 2004 en le fixant à une sortie d'air du système d'épuration des émissions d'une fonderie. Michel Lepage, directeur des laboratoires et de l'environnement d'Alcoa, affirme que la technologie a bien fonctionné. Le système a éliminé 80 pour cent du CO2, ce qui est assez important, explique Lepage, soulignant qu'il s'agissait d'un test à petite échelle. Mais il nous a dit qu'il avait un potentiel élevé.

CO2 Solution voit également sa technologie desservir certains créneaux industriels. La semaine dernière, la société a obtenu un brevet européen pour le processus de capture des émissions de dioxyde de carbone des cimenteries et de leur conversion en bicarbonate et éventuellement en calcaire, un ingrédient clé dans la fabrication du ciment lui-même. La société détient déjà un brevet américain sur le procédé. Le bicarbonate est également utile pour produire des composés carbonatés pour neutraliser les déchets industriels et certains effluents.

Pour sa part, Babcock et Wilcox s'intéresse strictement à l'élimination, la compression et la séquestration géologique du dioxyde de carbone ; tous les produits de fin de chaîne qui pourraient en résulter seraient simplement un bonus. Franchement, cela se résume à quel est le coût en dollars par tonne évitée de CO2, dit Langley. C'est notre point focal.

Langley souligne que la technologie de CO2 Solution est encore à un stade embryonnaire de développement et qu'il y a des obstacles économiques et techniques majeurs à surmonter. Il n'y a pas de technologie aujourd'hui qui soit vraiment là où nous devons être, dit-il.

Les techniques de reproduction de l'enzyme de l'entreprise ont déjà conduit à une baisse significative des coûts de production de l'enzyme. Le plus grand défi sera peut-être de produire suffisamment d'enzymes pour traiter l'énorme quantité de dioxyde de carbone qui serait émise par une centrale électrique au charbon ou au gaz. CO2 Solution est déterminé à le faire, en particulier compte tenu du profil accru du changement climatique et de la probabilité que la réglementation du carbone soit imminente.

cacher