Les nouvelles technologies pourraient rééquilibrer le cycle du carbone

Par Lynne Lescott

Chaleur accablante, incendies de forêt, pluies torrentielles, inondations catastrophiques, tornades persistantes et climat généralement instable : Les Nord-Américains en ont fait l'expérience cette année, et c'est inquiétant. Le carbone est l'élément à l'origine de ces conditions et le comprendre peut ouvrir la voie à de nouvelles solutions.

Le carbone n'est pas le méchant

Les organismes vivants ne peuvent exister sans carbone. C'est le composant clé des composés organiques (glucides, protéines, acides nucléiques et lipides) dont les cellules ont besoin pour remplir leurs fonctions vitales.

Le carbone n'est pas non plus paresseux. Il est en mouvement constant à l'intérieur, entre et autour de nous lorsque nous respirons et parlons, lorsque les plantes réalisent la photosynthèse, lorsque la vie marine se débarrasse de son exosquelette et lorsque le bétail broute. Le carbone est également libéré lors des activités humaines quotidiennes, ainsi que lors de la plupart des processus agricoles, industriels et commerciaux.

Comme les organismes utilisent le carbone, ils le stockent également. Le carbone se trouve emprisonné dans les minéraux, les roches, la matière et l'atmosphère de la Terre. La Terre, et la plupart des choses à l’intérieur et au-dessus d’elle, servent d'habitat aux unités de stockage du carbone

Le mouvement constant du carbone dans et entre ces unités de stockage est appelé le cycle du carbone. Malgré sa nature nomade, la quantité totale de carbone dans le cycle ne change jamais car, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration, notre Terre et son atmosphère constituent un environnement fermé et le carbone ne peut pas s'en échapper.

La quantité totale de carbone peut ne pas changer, mais la quantité stockée dans chaque partie du cycle fluctue à mesure que le carbone est libéré, absorbé et utilisé, puis libéré à nouveau. Le cycle est un processus naturel qui est généralement équilibré par une quantité égale de libération et d'absorption de carbone à travers ses phases et ses parties. Mais les activités humaines qui envoient le carbone stocké dans l'atmosphère à des niveaux croissants peuvent modifier l'équilibre entre la libération et l'absorption plus rapidement que le cycle ne peut s'adapter.

Le méchant? Les émissions. Les appareils électroménagers, les voitures, les transports industriels et commerciaux et les processus de fabrication contribuent à l’augmentation des émissions de carbone.

Malgré sa nature nomade, la quantité totale de carbone dans le cycle ne change jamais.

Investissements massifs dans la technologie du carbone

Compte tenu du large consensus scientifique sur le fait que l'activité humaine a altéré l'équilibre naturel du cycle du carbone, la plupart des solutions réparatrices se concentrent sur la modification des activités humaines à l'origine du déséquilibre. Certaines solutions peuvent être mises en œuvre au niveau des individus et des ménages. Des solutions de captage et de stockage du carbone à grande échelle sont actuellement utilisées par certaines des plus grandes organisations industrielles du monde. ExxonMobil et Dow Chemical en sont deux, et l'entreprise agricole Corteva fait partie d'un projet pilote du protocole sur les gaz à effet de serre concernant le secteur des terres et l'élimination des déchets.

D’autres solutions viendront également. Des millions de dollars d'investissement ont été accordés à des organisations américaines des secteurs de l'industrie, de l'énergie et de l'enseignement pour créer des technologies susceptibles de remplacer les processus traditionnels d'émission de carbone. En juin 2023, le département américain de l'énergie (DOE)annonce un financement de 135 millions de dollars pour 40 projets de décarbonisation dans les secteurs industriels et universitaires.

Les investissements du DOE vont d'une récompense d'un million de dollars accordée à la Case Western Reserve University pour la mise au point d'un processus de production de métal sans carbone, à 13 millions de dollars accordés à Siemens Energy et à ses partenaires, notamment Dow Chemical et le Southwest Research Institute, pour la conception et la mise en œuvre de nouvelles technologies de turbocompresseur et de vapeur industrielle susceptibles de remplacer les méthodes actuelles à fortes émissions.

Tout ce dont nous avons besoin, c'est de l'air que nous pouvons respirer

La surveillance de l'air est une pratique de base qui aide les experts à comprendre l'état de l'équilibre du cycle du carbone. Selon l'EPA des États-Unis, trois méthodes de surveillance sont couramment utilisées :

• Systèmes de surveillance continue des émissions (CEMS) : mesure des émissions réelles provenant d'une source fixe.
• Systèmes de surveillance continue de l'opacité (COMS) : mesure de l'intensité de la lumière à la source d'émission. Si une source lumineuse est obscurcie par des particules lourdes, elle est considérée comme « opaque » et les émissions doivent être corrigées.
• Systèmes de surveillance paramétrique en continu (CPMS) : comprennent la mesure de la température, de la pression, du débit et d'autres paramètres qui reflètent l'efficacité des systèmes de contrôle de la pollution de l'air du site ou de la région.

Les tests d’émissions et la surveillance de la qualité de l’air sont un aspect de la gestion du carbone. Les méthodes de l'EPA fournissent des procédures détaillées que les organisations industrielles et commerciales à forte intensité d'émissions doivent mettre en œuvre pour respecter les normes de qualité de l'air. Les efforts de coopération tels que l'accord Canada-États-Unis sur la qualité de l'air, établi en 1991, constituent un autre outil.

Les efforts les plus urgents sont les investissements à grande échelle dans les nouvelles technologies et les nouveaux processus qui peuvent contribuer à rééquilibrer le cycle du carbone plus tôt que plus tard. La Terre, et tout ce qui se trouve à l'intérieur et au-dessus d'elle, comptent sur elle.

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Lynne Lescott est une rédactrice attitrée de Thermo Fisher Scientific.