Éliminer les gaz à effet de serre autres que le CO2 par photocatalyse
Le rythme du changement climatique peut être ralenti en réduisant les niveaux de méthane (CH4), de dioxyde de carbone (CO2) et d’autres gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère. Cependant, jusqu’à présent, peu d’attention était accordée à l’élimination des GES atmosphériques autres que le CO2. Le potentiel de réchauffement de la planète (PRP) est une mesure de la puissance des GES. Les trois principaux GES autres que le CO2, à savoir le CH4, l’oxyde nitreux (N2O) et le dichloro-difluorométhane (CCl2F2)(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), ont tous un PRP élevé. Ces gaz à PRP élevé peuvent être éliminés par photocatalyse(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en les transformant en gaz atmosphériques inoffensifs, en vapeur d’eau et en petites quantités de composés volatils, qui sont des GES beaucoup moins puissants que leurs précurseurs. Les processus photocatalytiques, qui se sont avérés très efficaces à l’échelle du laboratoire, permettent aux scientifiques d’exploiter la lumière du soleil pour favoriser la destruction du CH4, du N2O et du CCl2F2.
Alimenté par le soleil
Soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le projet STEPforGGR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) a testé si cette approche innovante de la technologie d’élimination des GES peut fonctionner dans des conditions réelles. Les chercheurs ont recouru à des tours solaires à courant ascendant(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) comme «processeurs d’air» géants, ainsi qu’à la photocatalyse pour éliminer directement de l’air les GES autres que le CO2, en particulier le méthane. Les tours solaires à courant ascendant utilisent le soleil pour réchauffer l’air sous un grand collecteur (comme une serre). L’air chaud s’élève par une haute cheminée, créant ainsi un flux d’air passif et continu sans avoir recours à l’énergie fossile. Ce flux d’air est le «facilitateur» déterminant, qui amène d’énormes volumes d’air en contact contrôlé avec les surfaces catalytiques. «L’air est déplacé dans un système chauffé par le soleil, et le gaz cible (par exemple le méthane) rencontre une surface au revêtement spécial. Sous l’effet de la lumière, ce revêtement contribue à déclencher des réactions chimiques qui transforment le gaz à effet de serre en produits moins nocifs pour le climat. Pour le méthane, il s’agit principalement de CO2 et d’eau», explique le coordinateur du projet, Wei Li, de l’université d’Édimbourg(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Le méthane est beaucoup plus puissant que le CO2 à court terme. La conversion de petites quantités de méthane peut ainsi encore produire un effet bénéfique significatif sur le climat, surtout si elle est réalisée à très grande échelle», observe Wei Li.
Du laboratoire à la grande échelle
La mise à l’échelle nécessite la combinaison de très grands systèmes de circulation d’air passive (tours à courant ascendant ou concepts apparentés) et de matériaux enduits manufacturables qui restent actifs à l’extérieur pendant de longues périodes. Les applications pratiques impliquent de grandes installations dans des régions ensoleillées où la disponibilité des terres et la circulation de l’air sont favorables et où l’emplacement peut être partagé avec d’autres infrastructures. Selon Wei Li: «L’élimination du méthane atmosphérique par photocatalyse n’est pas qu’un simple problème de matériaux ou de réacteurs. Il s’agit d’un système couplé dans lequel la circulation de l’air, l’apport de lumière, la chimie des surfaces et la durabilité extérieure interagissent. STEPforGGR a démontré comment analyser ces interactions de manière systématique, et où les véritables limites de performance apparaissent.» Les prochaines étapes devraient se concentrer sur l’amélioration de l’activité du catalyseur et de sa durabilité à long terme, ainsi que sur des conceptions techniques qui maximisent le contact tout en limitant les pertes de pression. L’objectif est de traduire les performances des laboratoires en scénarios technico-économiques et d’utilisation des sols fiables. «Il est également possible d’explorer des architectures connexes (y compris des concepts de tour intégrée ou alternative) et d’étendre les recherches sur le méthane à d’autres gaz autres que le CO2 lorsque cela est possible», conclut Wei Li. Ces travaux serviront aux chercheurs et ingénieurs qui développent des technologies d’élimination des gaz à effet de serre, aux industries impliquées dans la fabrication de réacteurs et de matériaux, comme celles qui produisent du verre à couche, et aux décideurs politiques qui évaluent des options crédibles pour l’atténuation du changement climatique.