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C’est l’un des grands dilemmes du changement climatique: la climatisation nous apporte un tel confort que la consommation mondiale d’énergie a déjà triplé depuis 1990 dans ce but. Les centrales électriques au feu fournissent l’électricité qui pourrait causer suffisamment d’émissions de dioxyde de carbone pour réchauffer la planète d’un demi-degré mortel.

Utiliser les systèmes de climatisation pour capter le CO2

Un article publié mardi dans Nature Communications propose un remède partiel: les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (ou CVC) déplacent beaucoup d’air. Ils peuvent remplacer l’intégralité du volume d’air d’un immeuble à bureaux cinq à dix fois par heure. Les machines qui capturent le dioxyde de carbone de l’atmosphère – une solution en voie de développement pour le changement climatique – dépendent également du déplacement de grands volumes d’air. Alors, pourquoi ne pas économiser de l’énergie en plaçant une machine de captage du carbone sur un climatiseur?
Cette proposition futuriste, provenant d’une équipe dirigée par l’ingénieur chimiste Roland Dittmeyer de l’Institut allemand de technologie de Karlsruhe, va encore plus loin. Les chercheurs imaginent un système de composants modulaires, fonctionnant à l’énergie renouvelable, qui ne permettrait pas uniquement d’extraire le dioxyde de carbone et l’eau de l’air; cela le convertirait également en hydrogène, puis ferait appel à un procédé chimique en plusieurs étapes pour transformer cet hydrogène en hydrocarbures liquides.
Le résultat: «des puits de pétrole synthétiques personnalisés, localisés et distribués» dans des bâtiments ou des quartiers, écrivent les auteurs. «Le modèle envisagé issu des raffineries solaires, s’apparentant à une« électricité généralisée issue de panneaux solaires, permettrait aux personnes« de prendre le contrôle et de gérer collectivement le réchauffement climatique plutôt que de dépendre des géants industriels de l’énergie fossile. »
Le groupe de recherche a déjà mis au point un modèle expérimental capable de compléter plusieurs étapes-clés du processus, a déclaré Dittmeyer, ajoutant: «dans deux ou trois ans, il est prévu de créer la première vitrine expérimentale dans laquelle je pourrai vous montrer une bouteille d’hydrocarbure de dioxyde de carbone capturé dans une unité de climatisation. »

Une grande partie de la technologie est déjà disponible 

Ni Dittmeyer ni son coauteur, Geoffrey Ozin, ingénieur en chimie à l’Université de Toronto, ne pouvaient prédire le temps qu’il faudrait avant que les propriétaires d’immeubles puissent acheter et installer de tels appareils. Mais Ozin affirme qu’une grande partie de la technologie nécessaire est déjà disponible dans le commerce.
Il affirme également que l’équipement de capture de carbone pourrait provenir d’une société suisse de «capture directe d’air» appelée Climeworks, et que les électrolyseurs permettant de convertir le dioxyde de carbone et l’eau en hydrogène sont disponibles auprès de Siemens, Hydrogenics ou d’autres entreprises. «Et vous utilisez les étonnants réacteurs catalytiques à microstructures de Roland, qui convertissent l’hydrogène et le dioxyde de carbone en un carburant synthétique», ajoute-t-il.
Ces réacteurs sont mis sur le marché par la société allemande Ineratec, issue de la recherche de Dittmeyer. Parce que le système s’appuierait sur des formes avancées d’énergie solaire, Ozin considère le résultat comme «des bâtiments photosynthétiques».
Les auteurs ont calculé qu’appliquer ce système au système de chauffage, de ventilation et de climatisation dans l’un des plus hauts gratte-ciel d’Europe, le MesseTurm, ou Trade Fair Tower, à Francfort, permettrait d’extraire et de convertir suffisamment de dioxyde de carbone pour produire au moins 2 000 tonnes métriques de carburant par année. Les bureaux dans toute la ville de Francfort pourraient rapporter plus de 370 000 tonnes par an, disent-ils.
«C’est un concept formidable. C’est ce qui a fait ma vie», déclare David Keith, professeur de physique appliquée et de politique publique à Harvard, qui n’a pas participé à cette nouvelle publication. Il suggère que la meilleure utilisation des combustibles résultants serait «d’aider à résoudre deux de nos plus grands défis énergétiques»: fournir un carburant neutre en carbone pour combler les lacunes laissées par les énergies renouvelables intermittentes telles que l’énergie éolienne et solaire et alimenter les énergies renouvelables ».
Keith cible déjà certains de ces marchés par l’intermédiaire de Carbon Engineering, une entreprise qu’il a fondée et qui est spécialisée dans la capture directe du dioxyde de carbone dans l’air pour la production de combustibles liquides à grande échelle.

Nous devons déterminer le véritable potentiel de cette approche

D’autres scientifiques qui n’étaient pas impliqués dans le nouveau document soulignent des problèmes potentiels. « L’idée présentée par Roland est intéressante », déclare Jennifer Wilcox, ingénieur chimiste au Worcester Institute of Technology, « mais il reste encore à déterminer le véritable potentiel de cette approche. »
Il est donc logique de tirer parti des mouvements d’air déjà générés par les systèmes CVC, explique Wilcox. La construction et le fonctionnement des ventilateurs nécessaires ne rendent pas les systèmes de captage direct aussi coûteux. «Le coût en capital dominant, explique-t-elle, concerne les matériaux adsorbants solides», c’est-à-dire les substances auxquelles le dioxyde de carbone adhère, et le principal coût énergétique est la chaleur nécessaire pour récupérer le dioxyde de carbone de ces matériaux.
En outre, elle soutient que toute source d’énergie solaire ou autre sans carbone disponible serait mieux utilisée pour remplacer les centrales électriques à combustible fossile, afin de réduire la quantité de dioxyde de carbone rejetée dans l’air.
«L’idée de convertir le carbone capturé en carburant liquide est convaincante», déclare Matthew J. Realff, ingénieur en chimie au Georgia Institute of Technology. «Nous avons énormément investi dans notre infrastructure à carburant liquide, et son utilisation a une valeur considérable. Vous n’auriez pas besoin de construire une toute nouvelle infrastructure.
Mais l’idée de le faire au niveau des ménages est moins réaliste», en partie parce que les gaz impliqués (monoxyde de carbone et hydrogène) sont toxiques et explosifs. Le processus de conversion en combustible liquide est bien compris, explique Realff, mais il permet de produire une gamme de produits qui sont désormais généralement séparés dans les raffineries de grande taille, nécessitant d’énormes quantités d’énergie.
« Il est possible que ce problème soit réglé à l’échelle proposée », ajoute-t-il. «Mais nous ne l’avons pas encore fait, et cela pourrait ne pas s’avérer le moyen le plus efficace d’un point de vue économique. Cela pourrait aider à stimuler l’acceptation de cette technologie par le marché: une des raisons pour lesquelles les immeubles à bureaux remplacent si souvent leur air est simplement pour protéger les travailleurs des niveaux élevés de dioxyde de carbone. Ses recherches suggèrent que la capture du dioxyde de carbone du flux d’air peut être un moyen de réduire les coûts énergétiques, en réduisant la fréquence des changements d’air.

Une perspective visionnaire

«Bien sûr, c’est une perspective visionnaire», dit-il, «elle repose sur cette idée d’un produit décentralisé qui responsabiliserait les gens et ne le laisserait pas uniquement à l’industrie. Les industriels observent la situation, mais tant qu’il n’y a pas de profit à court terme, ils ne feront rien.
Si nous avons une technologie sûre et abordable, bien que peut-être pas aussi bon marché, nous pouvons générer un certain élan parmi les individus, comme cela s’est passé dans les débuts de l’industrie solaire, ensuite, je m’attendrais à ce que les partis industriels agissent également. »
Source : Scientific American
Crédit photo sur Unsplash : Vladislav Nikonov

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