Comment le sable vert pourrait capturer des milliards de tonnes de dioxyde de carbone

La plage de sable vert de Papakōlea à Hawaï. Projet Vesta

Une paire de criques bordées de palmiers forment deux encoches étroites, distantes d'environ un quart de mile, le long du rivage d'une île non divulguée quelque part dans les Caraïbes.

Après une visite sur place début mars, des chercheurs du projet Vesta à but non lucratif de San Francisco ont déterminé que les entrées jumelles offraient un emplacement idéal pour étudier une méthode obscure de capture du dioxyde de carbone à l'origine du changement climatique.

Plus tard cette année, le projet Vesta prévoit de répandre un minéral volcanique vert connu sous le nom d'olivine, broyé à la taille de particules de sable, sur l'une des plages. Les vagues décomposeront davantage le matériau hautement réactif, accélérant une série de réactions chimiques qui extraient le gaz à effet de serre de l'air et l'enferment dans les coquilles et les squelettes des mollusques et des coraux.

Ce processus, ainsi que d'autres formes de ce que l'on appelle l'altération améliorée des minéraux, pourrait potentiellement stocker des centaines de billions de tonnes de dioxyde de carbone, selon un rapport des académies nationales l'année dernière . C'est bien plus de dioxyde de carbone que ce que les humains ont émis depuis le début de la révolution industrielle. Contrairement aux méthodes d'élimination du carbone qui reposent sur le sol, les plantes et les arbres, il serait effectivement permanent. Et le projet Vesta pense au moins que cela pourrait être bon marché, de l'ordre de 10 dollars par tonne de dioxyde de carbone stocké une fois que cela sera fait à grande échelle.

Mais il y a aussi d'énormes questions autour de ce concept. Comment extrayez-vous, broyez-vous, expédiez-vous et épandez-vous les vastes quantités de minéraux nécessaires sans produire plus d'émissions que le matériau n'en élimine ? Et qui va payer pour ça ?

Ensuite, il y a des défis particuliers entourant l'approche du projet Vesta. Les chercheurs ne savent pas encore combien de vagues vont accélérer ces processus, dans quelle mesure nous pouvons mesurer et vérifier l'absorption de carbone, quels types d'effets environnementaux peuvent en résulter ou avec quelle facilité le public adoptera l'idée de déverser des minéraux verts moulus le long des côtes. .

Une grande partie de cela n'a pas été testée, explique Phil Renforth, professeur agrégé à l'Université Heriot-Watt en Écosse, qui étudie l'altération améliorée.

Une opportunité inexploitée

L'altération des minéraux est l'un des principaux mécanismes que la planète utilise pour recycler le dioxyde de carbone à travers les échelles de temps géologiques. Le dioxyde de carbone capté dans l'eau de pluie, sous forme d'acide carbonique, dissout les roches basiques et les minéraux, en particulier ceux riches en silicate, calcium et magnésium, comme l'olivine. Cela produit du bicarbonate, des ions calcium et d'autres composés qui s'infiltrent dans les océans, où les organismes marins les digèrent et les convertissent en carbonate de calcium solide et stable qui constitue leurs coquilles et leurs squelettes.

Les réactions chimiques libèrent de l'hydrogène et de l'oxygène dans l'eau pour extraire davantage de dioxyde de carbone de l'air. Pendant ce temps, à mesure que les coraux et les mollusques meurent, leurs restes se déposent sur le fond de l'océan et forment des couches de calcaire et de types de roches similaires. Le carbone y reste enfermé pendant des millions, voire des centaines de millions d'années, jusqu'à ce qu'il soit à nouveau libéré par l'activité volcanique.

Ce mécanisme naturel attire au moins un demi-milliard de tonnes métriques de dioxyde de carbone par an. Le problème est que la société pompe régulièrement plus de 35 milliards de tonnes chaque année. La question cruciale est donc : pouvons-nous radicalement accélérer et intensifier ce processus ?

L'idée de tirer parti des intempéries pour lutter contre le changement climatique n'est pas nouvelle. Un article publié dans Nature proposé d'utiliser des silicates capter le dioxyde de carbone il y a 30 ans. Cinq ans plus tard, le chercheur d'Exxon Haroon Kheshgi suggéré d'utiliser de la chaux vive dans le même but, et cette même année Klaus Lackner, un pionnier de l'élimination du carbone , ont évalué une variété de types de roches et de méthodes potentiels.

Mais l'altération améliorée a reçu peu d'attention au cours des décennies qui ont suivi par rapport à des approches plus simples comme la plantation d'arbres, la modification des pratiques agricoles ou même construire des machines à aspirer le CO2 . C'est en grande partie parce que c'est difficile à faire, explique Jennifer Wilcox, professeure de génie chimique qui étudie la capture du carbone au Worcester Polytechnic Institute dans le Massachusetts. Chaque approche a ses défis et ses compromis particuliers, mais amener les bons minéraux à la bonne taille au bon endroit dans les bonnes conditions est toujours une entreprise coûteuse et complexe.

Cependant, de plus en plus de chercheurs commencent à examiner de plus près la technologie à mesure que l'importance de l'élimination du carbone augmente et plus d'études concluent qu'il existe des moyens d'aligner ses coûts sur d'autres approches. Si c'est assez bon marché à grande échelle, l'espoir est que les compensations carbone des entreprises, les politiques publiques telles que les taxes sur le carbone ou les sous-produits vendables du processus, tels que le granulat utilisé dans le béton , pourraient créer les incitations nécessaires pour que les organisations mettent en œuvre ces pratiques.

Une poignée de projets sont actuellement en cours. Des chercheurs islandais ont été canaliser régulièrement une solution de dioxyde de carbone capturé à partir de centrales électriques ou de machines d'élimination du carbone dans des formations de basalte profondément souterraines, où la roche volcanique le recouvre en minéraux carbonatés stables. Le Leverhulme Center for Climate Change Mitigation, à Sheffield, en Angleterre, mène des essais sur le terrain à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign pour évaluer si poussière de roche de basalte ajoutée aux champs de maïs et de soja pourrait servir à la fois d'engrais et de moyen de réduire le dioxyde de carbone.

Pendant ce temps, Gregory Dipple de l'Université de la Colombie-Britannique, avec des collègues d'autres universités au Canada et en Australie, explore diverses utilisations des minéraux broyés et hautement réactifs produits comme sous-produit de l'extraction du nickel, du diamant et du platine. Une idée consiste simplement à les poser sur un champ, à ajouter de l'eau et à labourer efficacement le lisier. Ils s'attendent à ce que les soi-disant résidus miniers attirent et minéralisent rapidement le dioxyde de carbone de l'air, formant un bloc solide qui peut être enfoui. Leurs modèles montrent que cela pourrait éliminer l'empreinte carbone de certaines mines, voire rendre les opérations carbone négatives.

C'est l'une des grandes opportunités inexploitées dans l'élimination du dioxyde de carbone, déclare Roger Aines, responsable de la Carbon Initiative au Lawrence Livermore National Lab. Il note qu'un kilomètre cube de roche ultramafique, qui contient des niveaux élevés de magnésium, peut absorber un milliard de tonnes de dioxyde de carbone.

Nous extrayons de la roche à cette échelle tout le temps, dit-il. Il n'y a rien d'autre qui a ce genre d'évolutivité dans toutes les solutions que nous avons.

' Dans la nature'

Projet Vesta plans dévoilés pour aller de l'avant avec son étude pilote dans les Caraïbes en mai. Cela a suivi de près la société de paiement en ligne Stripe’s l'annonce qu'il prépayerait l'organisation à but non lucratif pour éliminer 3 333 tonnes de dioxyde de carbone pour 75 $ la tonne, dans le cadre de son engagement à dépenser au moins 1 million de dollars par an sur les projets à émissions négatives.

Le projet Vesta a obtenu l'autorisation locale de commencer à effectuer des échantillonnages sur les plages et a l'intention d'annoncer l'emplacement une fois qu'il aura finalisé les approbations pour poursuivre l'expérience, a déclaré Tom Green, le directeur exécutif. Il estime le coût total du projet à environ 1 million de dollars.

L'objectif central de l'étude, qui laissera la deuxième plage dans son état normal en tant que témoin, est de commencer à aborder certaines des inconnues scientifiques qui entourent l'altération améliorée des côtes.

PROJET VESTA

Des recherches et des simulations en laboratoire ont montré que les vagues accélèrent considérablement la dégradation de l'olivine, et un papier conclu que la réalisation de ce processus sur 2 % des mers continentales les plus énergétiques du monde pourrait compenser toutes les émissions humaines annuelles.

Mais un défi majeur est que les matériaux doivent être finement broyés pour garantir que la grande majorité de l'élimination du carbone se déroule sur des années plutôt que sur des décennies. Certains chercheurs ont découvert que cela serait si coûteux et énergivore, et produirait à lui seul des émissions si importantes, que l'approche ne serait pas viable . Pourtant, d'autres concluent qu'il éliminera beaucoup plus de dioxyde de carbone qu'il n'en produit.

Il existe un corpus de recherches assez important qui démontre que cela fonctionne et a du potentiel, dit Green. Mais maintenant, nous devons faire de vraies expériences dans la nature.

Le projet Vesta espère amener des scientifiques sur le site pour commencer l'expérience proprement dite d'ici la fin de l'année. Après avoir répandu l'olivine sur l'une des plages, ils surveilleront de près la rapidité avec laquelle les particules se décomposent et se lavent. Ils mesureront également comment l'acidité, les niveaux de carbone et la vie marine se déplacent dans la crique, ainsi que dans quelle mesure ces niveaux s'éloignent de la plage et comment les conditions sur le site de contrôle se comparent.

L'expérience devrait durer un an ou deux. En fin de compte, l'équipe espère produire des données qui démontrent à quelle vitesse ce processus fonctionne et à quel point nous pouvons capturer et vérifier l'absorption supplémentaire de dioxyde de carbone. Tous ces résultats peuvent être utilisés pour affiner les modèles scientifiques.

Un autre sujet de préoccupation, qu'ils surveilleront également de près, est effets secondaires potentiels sur l'environnement .

Les minéraux sont effectivement des antiacides géologiques, ils devraient donc réduire l'acidification des océans au moins à des niveaux très locaux, ce qui peut profiter à certaines espèces côtières sensibles. Mais l'olivine peut également contenir des traces de fer, de silicate et d'autres matériaux, qui pourraient stimuler la croissance de certains types d'algues et de phytoplancton, et autrement modifier les écosystèmes et les chaînes alimentaires d'une manière qui pourrait être difficile à prévoir, explique Francesc Montserrat, chercheur invité en écologie marine à l'Université d'Amsterdam et conseiller scientifique du projet Vesta.

Soutien massif

Certains suggèrent que le projet Vesta pourrait surestimer le potentiel ou ignorer les difficultés de son approche, en particulier la probabilité d'une réaction publique contre les propositions de déversement de matériaux le long des côtes.

Je ne pense pas que quiconque ait encore testé la partie licence sociale, déclare Renforth de Heriot-Watt, qui a agi en tant que examinateur scientifique pour les achats de carbone de Stripe .

Le projet Vesta’s Green reconnaît les nombreuses incertitudes entourant les intempéries côtières. Mais il souligne que le but du projet est de combler certains des vides scientifiques et de démontrer que cela peut être fait pour 10 dollars la tonne. Si c'est le cas, pense-t-il, les marchés, les politiques et le public soutiendront de plus en plus le concept, en particulier à mesure que les risques d'un réchauffement climatique incontrôlé augmentent.

Le monde se dirige vers un endroit où les gens commencent à croire davantage au changement climatique et plus que nous devons faire quelque chose à ce sujet, dit-il. Dans cinq à dix ans, je pense que nous vivrons dans un monde où il y aura un soutien massif à la capture du carbone.

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