Carburants alternatifs – Comment la lumière peut contribuer à réutiliser le dioxyde de carbone

L’une des principales causes du changement climatique est le dioxyde de carbone (CO2). Le CO2 est un gaz à effet de serre important qui résulte de la combustion de combustibles fossiles (comme le pétrole, le charbon et le gaz naturel). Il est également présent naturellement par la respiration humaine, la respiration des plantes et les éruptions volcaniques.

Les incendies de forêt constituent une autre cause importante d’émission de CO2, avec environ 2,170 2023 millions de tonnes métriques rejetées rien qu’en XNUMX.

A nouvelle étude a constaté que les émissions de CO2 dues aux feux de forêt ont en réalité augmenté de 60 % à l’échelle mondiale au cours des 23 dernières années.

Menée par l'Université d'East Anglia (UEA), l'étude a regroupé des régions du monde en « pyromes », qui sont des régions où les schémas d'incendies de forêt sont affectés par des contrôles climatiques, humains et environnementaux similaires.

L’étude a également examiné les différences entre les incendies de forêt et les incendies hors forêt, ce qui révèle les facteurs clés à l’origine des récentes augmentations de activité des feux de forêt. 

Selon l’étude, les émissions de CO2 provenant des incendies dans l’un des plus grands pyromes ont presque triplé entre 2001 et 2023. Ces pyromes, qui couvrent les forêts boréales d’Eurasie et d’Amérique du Nord, comptent certaines des forêts boréales du Nord les plus sensibles au climat.

Des augmentations significatives ont été observées dans les forêts extratropicales, représentant un demi-milliard de tonnes supplémentaires de dioxyde de carbone chaque année. L'épicentre des émissions de CO2 se déplace également vers les régions extratropicales, loin des forêts tropicales.

L’augmentation des émissions a été associé avec une augmentation des conditions météorologiques favorables aux incendies, comme les conditions chaudes et sèches observées lors des vagues de chaleur et des sécheresses. De plus, l'augmentation des taux de croissance des forêts a conduit à une augmentation des combustibles végétaux. Ces tendances sont en outre pris en charge par la hausse des températures dans les hautes latitudes nordiques, qui se produit à un rythme deux fois plus rapide qu’à l’échelle mondiale. 

Non seulement l’étendue des incendies de forêt a considérablement augmenté, mais leur gravité a également augmenté au cours des deux dernières décennies. 

Le taux de combustion du carbone, qui mesure la gravité des incendies en fonction du carbone émis par unité de surface brûlée, a augmenté de 50 % dans les forêts du monde entier au cours de cette période. Selon l'auteur principal, le Dr Matthew Jones du Tyndall Centre for Climate Change Research de l'UEA :

« L’augmentation de l’étendue et de la gravité des incendies de forêt a entraîné une augmentation spectaculaire de la quantité de carbone émise par les incendies de forêt à l’échelle mondiale. Des changements surprenants dans la géographie mondiale des incendies sont également en cours, et ils sont principalement expliqués par les impacts croissants du changement climatique sur les forêts boréales du monde. »

L’impact des feux de forêt sur les efforts de séquestration du carbone

Des scientifiques du monde entier se sont réunis pour cette nouvelle étude et ont averti que pour éviter la croissance continue des incendies de forêt, nous devons nous attaquer aux principales causes du changement climatique.

« Pour protéger les écosystèmes forestiers essentiels de la menace croissante des incendies de forêt, nous devons contenir le réchauffement climatique, et cela souligne pourquoi il est si essentiel de progresser rapidement vers des émissions nettes nulles. »

– Dr Jones, chercheur indépendant du NERC

Les forêts jouent un rôle crucial dans la réalisation des objectifs climatiques internationaux. En effet, elles contribuent à éliminer le CO2 de l’atmosphère en agissant comme des puits de carbone.

Le principe est le suivant : les forêts absorbent le dioxyde de carbone de l’atmosphère et le stockent sous forme de biomasse, de bois mort, de litière et de sol, ce que l’on appelle la séquestration du carbone, et cela réduit le taux de réchauffement climatique. 

Les gouvernements du monde entier ont donc mis en place des programmes de reboisement et de reforestation pour compenser les émissions de CO2 d’origine humaine, en particulier celles provenant de secteurs comme l’aviation et de certaines autres industries. Le succès de ces programmes dépend toutefois du stockage permanent du carbone dans les forêts, qui sont menacés par les feux de forêt.  

Les incendies extratropicaux émettent déjà un demi-milliard de tonnes de CO2 de plus qu'en 2001 et les effets à long terme dépendent de la régénération des forêts. Des incendies de forêt plus étendus et plus graves déséquilibrent les émissions par rapport au carbone capturé par la régénération après incendie. Le Dr Jones a déclaré :

« La forte tendance à l’augmentation des émissions dues aux feux de forêts extratropicaux est un avertissement quant à la vulnérabilité croissante des forêts et constitue un défi important pour les objectifs mondiaux de lutte contre le changement climatique. »

Il a en outre déclaré qu'après de graves incendies, les forêts sont connus Il est donc essentiel de prêter une attention particulière à l'impact de l'augmentation de la gravité des incendies sur le stockage du carbone forestier dans les années à venir. 

Au milieu de tout cela, il y a été réduit les incendies de savanes tropicales sujettes aux incendies, des études antérieures montrant que, depuis 2001, la superficie brûlée par les incendies de forêt et non forestiers a diminué d'un quart à l'échelle mondiale. 

Dans ce contexte de réduction des incendies dans les prairies et les savanes, l'étude, selon ses auteurs, montre que les incendies continuent de se produire de plus en plus là où ils ne devraient pas, c'est-à-dire dans les forêts, masquant l'étendue et la gravité croissantes des incendies de forêt. Cela représente « la plus grande menace pour les populations et à « Les réserves vitales de carbone », a déclaré le Dr Jones.

Ces nouvelles observations ont été débloquées avec l'aide de l'apprentissage automatique, qui a été utilisé regrouper les écorégions forestières en 12 pyromes différents. Comme nous l'avons récemment partagé, les modèles d'IA sont utilisé largement à détecter les incendies de forêt à un stade précoceL’énorme potentiel de l’IA et de l’apprentissage automatique est étant encore amélioré par la base de données croissante sur les incendies.  

Dans cette nouvelle étude, l'utilisation de l'IA pour le regroupement a permis aux scientifiques d'isoler les effets du changement climatique d'autres facteurs, comme la productivité de la végétation et l'utilisation des terres. De plus, comprendre les causes des incendies dans ces différents pyromes est essentiel pour élaborer des stratégies efficaces de prévision et d'atténuation des incendies de forêt et de protection des forêts.

« Un financement substantiel est nécessaire pour soutenir les programmes stratégiques de gestion forestière, l’engagement des parties prenantes et l’éducation du public, qui représentent tous un changement significatif de la stratégie de gestion des incendies, d’une approche largement réactive à une approche de plus en plus proactive. »

– Dr Jones

Une nouvelle frontière : transformer le CO2 en produits de valeur

Outre la séquestration du carbone, une autre façon d’atténuer les effets négatifs du CO2 sur l’environnement est de le convertir en produits de valeur. 

Ce comprend la conversion du CO2 en nanofibres de carbone, qui peuvent être utilisés pour renforcer les matériaux de construction, en le combinant avec l’hydrogène pour produire des carburants comme le méthane, le méthanol, l’essence et les carburants d’aviation, et en convertissant le CO2 en produits chimiques et autres produits tels que les produits pharmaceutiques, les additifs alimentaires et les parfums. 

Une nouvelle étude a amélioré cette conversion du CO2 en produits de valeur en combinant la lumière visible et l’électrochimie.

Ce faisant, l'équipe a fait une découverte surprenante : la lumière visible améliore considérablement la sélectivité, une propriété chimique importante. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la conversion du CO2 ainsi que pour de nombreuses autres réactions chimiques sont utilisés dans la recherche en catalyse et la fabrication de produits chimiques. 

Transformer le CO2 en vecteur d'énergie au lieu de le transformer en déchet ou en émission grâce au recyclage est un excellent moyen de réduire le changement climatique. Ici, le dioxyde de carbone est converti en carburants, produits chimiques, matériaux et énergie thermique. 

Le CO2 est recyclé de plusieurs façons, notamment grâce à la photosynthèse artificielle, un processus par lequel l’énergie solaire est utilisée pour produire de l’énergie. est utilisé synthétiser des produits chimiques à partir du CO2 comme matière première. Ensuite, il y a la conversion électrochimique, où l'électricité est utilisé pour convertir le CO2 en produits chimiques comme l’éthanol, l’acide acétique ou l’acide formique. 

La nouvelle étude a utilisé la réduction électrochimique pour recycler le dioxyde de carbone en produits de valeur. Dans ce processus, explique Prashant Jain, professeur de chimie à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, un flux de gaz CO2 traverse une cellule d'électrolyse qui décompose le dioxyde de carbone et l'eau en monoxyde de carbone (CO) toxique et en hydrogène. Ces nouveaux gaz peuvent ensuite être transformés en être utilisé pour créer de nouveaux produits à base d’hydrocarbures.

Cependant, Jain souligne que cette réaction est plutôt lente et que nous avons besoin de grandes électrodes pour ce processus. Ces électrodes contiennent beaucoup de matériaux catalyseurs coûteux comme le cuivre ou l'or.

Compte tenu de ces obstacles, Jan, ainsi que ses ancien Francis Alcorn, étudiant diplômé, a ensuite cherché des moyens d'accélérer le processus qui nécessiteraient moins de matériau catalytique, « en faisant ainsi une option plus viable pour l'industrie des carburants alternatifs ».

Utilisation de la lumière visible pour améliorer l'efficacité de conversion du CO2

Selon la nouvelle méthode, l’équipe a combiné la lumière visible avec des électrodes qui sont couvert dans des particules extrêmement petites d’alliage or-cuivre. Ce permet la réduction du CO2 à un rythme accru et une sélectivité plus contrôlée par rapport aux méthodes conventionnelles. 

Jain a expliqué que :

« (Les nouvelles électrodes) agissent comme de minuscules antennes qui recherchent des photons dans la gamme de la lumière visible et les couplent à la voie de réaction chimique. »

Pour améliorer la conductivité de ces électrodes, l’équipe les a immergées dans une solution d’eau, de CO2 et d’un électrolyte. Ils ont ensuite appliqué une tension électrique sur l’électrode tandis que sa surface était éclairée par un laser à lumière visible.

Ce a donné lieu à une réaction qui produit rapidement de l’hydrogène à partir de la division des molécules d’eau et du monoxyde de carbone, qui provient de la division du dioxyde de carbone.

Alors que l’équipe était « très enthousiaste » de constater l’augmentation de la productivité grâce à l’utilisation de la lumière visible, qu’est-ce que n'était pas prévu La lumière visible a-t-elle eu un impact aussi important sur la sélectivité chimique — ce qui, selon Jain, « constitue l’avancée importante ici ».

Mais qu'est-ce que cette sélectivité ? En catalyse, la sélectivité chimique est la capacité d'une réaction chimique à favoriser un type de molécule ou de voie plutôt qu'un autre. 

Dans cette étude particulière, une réaction de séparation de l'eau qui forme de l'hydrogène gazeux a été trouvé à être sélectivement amélioré en utilisant la lumière. Jain a dit :

« Les résultats suggèrent que la lumière visible offre une opportunité unique d’ajuster le rapport entre le monoxyde de carbone et l’hydrogène gazeux produit, un facteur crucial pour la production industrielle de gaz synthétique. Cette découverte ouvre la voie à un avenir énergétique plus durable et plus efficace. »

Cela dit, le professeur a souligné que l'utilisation de la lumière pour améliorer les réactions chimiques n'était pas sans controverse, car elle apporte également de la chaleur. L'équipe a donc dû mener des expériences de contrôle et effectuer des mesures précises afin de déterminer si c'était l'effet chauffant de la lumière qui entraînait des réactions plus rapides et une sélectivité accrue.

Pour déterminer cela, l'équipe a mené des expériences avec et sans le laser. exacte même température produite par excitation lumineuse. Ce Cela les a aidés à exclure le chauffage comme facteur responsable.

L’équipe a découvert que c’étaient en fait les champs électriques et le flux de charge dirigé créés par l’excitation lumineuse qui étaient responsables de l’augmentation de la productivité et de la sélectivité améliorée de la séparation de l’eau.

Maintenant, en allant de l’avant, l’équipe a encore des défis à relever. Ce comprend l'utilisation répétée de nanoparticules à base d'électrodes, ce qui entraînera une dégradation au fil du temps, en particulier lors de la mise à l'échelle de la méthode pour une application industrielle.

L’équipe doit également effectuer des recherches plus approfondies et améliorer l’efficacité énergétique globale du processus et de la gestion de la lumière.

« (Globalement) ce que nous avons découvert avec cette étude présente des façons complètement nouvelles de penser l’électrochimie et la catalyse. »

– Jaïn

Après tout, le L'utilisation de la lumière a amélioré l'activité du catalyseur, mais, plus important encore et de manière surprenante, elle a permis de modifier la sélectivité, ce qui ouvrira la voie à de nouvelles voies chimiques permettant la production de produits différents. Cela signifie que la réduction du CO2 ou la décomposition de l'eau n'est qu'un début ; cette méthode peut également sois appliqué à de nombreuses autres réactions catalytiques importantes pour l’industrie chimique.

Entreprises impliquées dans la réduction et la conversion du CO2

La gravité et la dévastation croissantes causées par les incendies de forêt ont conduit à des progrès dans les méthodes de protection contre les incendies, telles que hydrogels biomimétiques activables par la chaleur. Cependant, on assiste également à un intérêt croissant pour la réduction et la réutilisation des émissions de CO2. Cette réutilisation consiste à transformer le dioxyde de carbone, l’un des principaux contributeurs au changement climatique, en produits utiles tels que des carburants, des produits chimiques et des matériaux de construction. 

Les entreprises à l’avant-garde de ces efforts combinent des technologies de pointe pour relever les défis environnementaux et économiques posés par les émissions de CO2.

Ce inclut Chevron Corporation (CVX ) (CVX), Énergie des piles à combustible (FCEL ) (FCEL), et Occidental Petroleum (OXY ). Alors que Chevron investit dans la capture du carbone Technologies, énergie des piles à combustible est concentré sur les solutions énergétiques propres, et occidental est impliqué dans la technologie de capture directe de l'air (DAC) pour éliminer le CO2 de l'atmosphère et le convertir en produits utilisables.

Produits de l'air et produits chimiques (APD ) est une autre société impliquée dans la production d'hydrogène et les technologies de conversion du CO2. Avec une capitalisation boursière de 73.44 milliards de dollars, les actions d'APD se négocient actuellement à 330.37 dollars, en hausse de 20.66 % depuis le début de l'année.

Examinons maintenant de plus près un autre acteur majeur de la capture du carbone :

ExxonMobil (XOM )

Cette multinationale américaine du pétrole et du gaz, qui est la plus grand descendant direct de la Standard Oil de John D. Rockefeller, s'intéresse de plus en plus aux technologies de capture, d'utilisation et de stockage du carbone (CCUS) pour réduire les émissions de CO2.

Le réseau CCS d'ExxonMobil comprend l'exploitation du plus grand pipeline de CO1,500 des États-Unis, long de 2 XNUMX kilomètres. Il dispose également de plusieurs sites de stockage stratégiquement positionnés sur la côte du Golfe du Mexique.

Grâce à ExxonMobil Low Carbon Solutions, l'entreprise joue un rôle important dans le déploiement à grande échelle des technologies de captage et de stockage du carbone. Elle dispose actuellement d'une capacité de captage de 9 millions de tonnes par an, d'une capacité cumulée de 120 millions de tonnes à ce jour et représente environ 40 % du CO2 produit par l'homme, selon les chiffres publiés sur le site officiel d'ExxonMobil.

L'entreprise a collaboré avec Mitsubishi Heavy Industries (MHI) pour proposer des solutions complètes de bout en bout pour la capture du CO2 après combustion. La solution offre des solutions complètes de capture, de transport et de stockage du carbone.

L'entreprise est également exécuter un projet pilote d'utiliser du gaz, ce qui autrement être brûlé En raison du manque de pipelines, ExxonMobile achemine le gaz de ses puits de pétrole du Dakota du Nord vers les opérateurs miniers de Bitcoin. Pour cela, ExxonMobile s'est associé à Crusoe Energy Systems, qui exploite les ressources énergétiques résiduelles pour extraire le gaz de ses puits de pétrole et alimenter les générateurs mobiles utilisés pour les opérations de minage de Bitcoin. L'entreprise espère que ses plans de réduction des émissions permettront d'atteindre l'objectif zéro brûlage systématique de la Banque mondiale d'ici 2030.

Au moment de la rédaction de cet article, son action s'échangeait à 119.94 $, après une hausse de 20.72 % depuis le début de l'année. La capitalisation boursière d'ExxonMobil s'élève ainsi à 536.2 milliards de dollars, avec un BPA (sur les douze derniers mois) de 8.34, un PER (sur les douze derniers mois) de 14.47 et un rendement du dividende de 3.15 %. 

Pour le deuxième trimestre 2, l'entreprise rapporté ExxonMobil a réalisé un bénéfice de 9.2 milliards de dollars, ce qui, selon elle, témoigne des « atouts différenciés du portefeuille d'ExxonMobil et de sa capacité bénéficiaire améliorée ». Elle a également élargi sa proposition de valeur en renforçant son leadership en matière de captage et de stockage du carbone (CSC) grâce à un nouvel accord qui a porté son volume total contractuel de CO2 à 5.5 millions de tonnes par an. Ce, selon ExxonMobil, représente un « volume engagé supérieur à celui annoncé par toute autre entreprise ». Ses résultats financiers du troisième trimestre 2024 seront être libéré le 1er novembre.

Conclusion

Avec des milliards de tonnes de CO2 rejetées dans l’atmosphère chaque année, cela entraîne non seulement un changement climatique, qui conduit à des phénomènes météorologiques plus extrêmes, mais aussi des risques pour la santé et une acidification des océans qui met en danger la vie marine et les récifs coralliens.

Alors que la crise climatique s’intensifie, il est devenu essentiel de s’attaquer au grave problème de l’augmentation des émissions de CO2 afin de réduire le réchauffement climatique et ses conséquences catastrophiques. Les incendies de forêt, provoqués par le changement climatique, libèrent des niveaux sans précédent de dioxyde de carbone, ce qui aggrave encore le problème. Si les programmes de reboisement et de reforestation sont essentiels pour compenser les émissions, la menace des incendies de forêt est grande, ce qui rend les stratégies proactives de gestion des incendies essentielles.

Des solutions innovantes, telles que la réduction électrochimique du CO2 et l’utilisation de la lumière visible pour améliorer les réactions catalytiques, offrent des solutions prometteuses pour réutiliser les émissions de carbone nocives en produits de valeur comme les carburants synthétiques et les produits chimiques industriels.

Ces avancées, bien qu’encore en phase de développement, représentent le potentiel d’atténuation du changement climatique en transformant le CO2, un polluant mondial, en une ressource pour l’avenir. Alors que les entreprises continuent d’investir dans les technologies de capture du carbone et les carburants alternatifs, nous nous rapprochons d’une solution durable qui pourrait remodeler le paysage énergétique.

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