Dessin conceptuel d'un réseau industriel de conversion du méthane (CH4) en dioxyde de carbone (CO2) au moyen de matériaux catalytiques appelés zéolithes (CUII et FEIV). Crédit : Jackson, et al. 2019 Nature Sustainability / Artiste : Stan Coffman            

L'étude, publiée dans Nature Sustainability le 20 mai dernier, décrit un processus potentiel de conversion du méthane, un gaz à effet de serre extrêmement puissant, en dioxyde de carbone, qui est un facteur beaucoup moins puissant du réchauffement planétaire. L'idée de libérer intentionnellement du dioxyde de carbone dans l'atmosphère peut sembler surprenante, mais les auteurs soutiennent que l'échange du méthane contre du dioxyde de carbone est un avantage net important pour le climat.

"Si elle est perfectionnée, cette technologie pourrait ramener l'atmosphère aux concentrations préindustrielles de méthane et d'autres gaz ", a déclaré l'auteur principal Rob Jackson, professeur en sciences du système terrestre à la School of Earth, Energy & Environmental Sciences, de Stanford.

L'idée de base est que certaines sources d'émissions de méthane - la riziculture ou l'élevage, par exemple - peuvent être très difficiles ou coûteuses à éliminer. "Une solution de rechange consiste à compenser ces émissions par l'élimination du méthane, de sorte qu'il n'y a pas d'effet net sur le réchauffement de l'atmosphère ", a déclaré Chris Field, co-auteur de l'étude et directeur du Stanford Woods Institute for the Environment, Perry L. McCarty.

Un problème et une solution possible

En 2018, le méthane - dont environ 60 pour cent provient de concentrations atmosphériques atteintes par l'homme - était deux fois et demie plus élevé que les niveaux préindustriels. Bien que la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère soit beaucoup plus importante, le méthane est 84 fois plus puissant en termes de réchauffement du système climatique au cours des 20 premières années suivant son émission.

La plupart des scénarios de stabilisation des températures moyennes de la planète à 2 degrés Celsius au-dessus des niveaux préindustriels dépendent de stratégies visant à la fois à réduire la quantité totale de dioxyde de carbone entrant dans l'atmosphère et à éliminer ce qui se trouve déjà dans l'atmosphère par des approches comme la plantation d'arbres ou la séquestration souterraine. Cependant, l'élimination d'autres gaz à effet de serre, en particulier le méthane, pourrait constituer une approche complémentaire, selon les auteurs de l'étude, qui soulignent l'influence démesurée du gaz sur le climat.

La plupart des scénarios d'élimination du dioxyde de carbone supposent généralement que des centaines de milliards de tonnes de dioxyde de carbone ont été éliminées au cours des décennies et ne rétablissent pas l'atmosphère à ses niveaux préindustriels. En revanche, les concentrations de méthane pourraient être ramenées aux niveaux préindustriels en éliminant environ 3,2 milliards de tonnes de gaz de l'atmosphère et en le transformant en une quantité de dioxyde de carbone équivalente à quelques mois d'émissions industrielles mondiales, selon les chercheurs. En cas de succès, l'approche éliminerait environ un sixième de toutes les causes du réchauffement planétaire à ce jour.                                                                              

Il est difficile de capter le méthane dans l'air parce que sa concentration est très faible. Toutefois, les auteurs soulignent que la zéolite, un matériau cristallin composé principalement d'aluminium, de silicium et d'oxygène, pourrait agir essentiellement comme une éponge pour absorber le méthane. "La structure moléculaire poreuse, la surface relativement grande et la capacité d'accueillir le cuivre et le fer dans les zéolithes en font des catalyseurs prometteurs pour la capture du méthane et d'autres gaz ", a déclaré Ed Solomon, professeur de chimie à la Monroe E. Spaght School of Humanities and Sciences.

L'ensemble du processus pourrait prendre la forme d'un engin géant avec des ventilateurs électriques forçant l'air à travers des chambres de culbutage ou des réacteurs remplis de zéolithes en poudre ou en boulettes et d'autres catalyseurs. Le méthane piégé pourrait alors être chauffé pour former et libérer du dioxyde de carbone, suggèrent les auteurs.

Un avenir rentable

Le processus de conversion du méthane en dioxyde de carbone pourrait être rentable avec un prix sur les émissions de carbone ou une politique appropriée. Si les prix du marché pour les compensations de carbone atteignent 500 $ ou plus par tonne au cours du siècle, comme le prévoient la plupart des modèles d'évaluation pertinents, chaque tonne de méthane retiré de l'atmosphère pourrait valoir plus de 12 000 $.

Un réseau de zéolithes de la taille d'un terrain de football pourrait générer des millions de dollars par an en revenus tout en éliminant le méthane nocif de l'air. En principe, les chercheurs soutiennent que l'approche consistant à convertir un gaz à effet de serre plus nocif en un gaz moins puissant pourrait également s'appliquer à d'autres gaz à effet de serre.

Bien que la réduction des gaz à effet de serre dans l'atmosphère à des niveaux préindustriels puisse sembler improbable dans la région de l'Amérique du Nord.

Traduit avec www.DeepL.com/Translator

_{Researchers outline vision for profitable climate change solution}

                                        by Rob Jordan,                                                                                 Stanford University                                                                            

A relatively simple process could help turn the tide of climate change while also turning a healthy profit. That's one of the hopeful visions outlined in a new Stanford-led paper that highlights a seemingly counterintuitive solution: converting one greenhouse gas into another.                                               

The study, published in Nature Sustainability on May 20, describes a potential process for converting the extremely potent greenhouse gas methane into carbon dioxide, which is a much less potent driver of global warming. The idea of intentionally releasing carbon dioxide into the atmosphere may seem surprising, but the authors argue that swapping methane for carbon dioxide is a significant net benefit for the climate.

"If perfected, this technology could return the atmosphere to pre-industrial concentrations of methane and other gases," said lead author Rob Jackson, the Michelle and Kevin Douglas Provostial Professor in Earth System Science in Stanford's School of Earth, Energy & Environmental Sciences.

The basic idea is that some sources of methane emissions—from rice cultivation or cattle, for example—may be very difficult or expensive to eliminate. "An alternative is to offset these emissions via methane removal, so there is no net effect on warming the atmosphere," said study coauthor Chris Field, the Perry L. McCarty Director of the Stanford Woods Institute for the Environment.

A problem and a possible solution

In 2018, methane—about 60 percent of which is generated by humans—reached atmospheric concentrations two and a half times greater than pre-industrial levels. Although the amount of carbon dioxide in the atmosphere is much greater, methane is 84 times more potent in terms of warming the climate system over the first 20 years after its release.

Most scenarios for stabilizing average global temperatures at 2 degrees Celsius above pre-industrial levels depend on strategies for both reducing the overall amount of carbon dioxide entering the atmosphere and removing what's already in the atmosphere through approaches such as tree planting or underground sequestration. However, removing other greenhouse gases, particularly methane, could provide a complementary approach, according to the study's authors, who point to the gas's outsized influence on the climate.

Most scenarios for removing carbon dioxide typically assume hundreds of billions of tons removed over decades and do not restore the atmosphere to pre-industrial levels. In contrast, methane concentrations could be restored to pre-industrial levels by removing about 3.2 billion tons of the gas from the atmosphere and converting it into an amount of carbon dioxide equivalent to a few months of global industrial emissions, according to the researchers. If successful, the approach would eliminate approximately one-sixth of all causes of global warming to date.

Methane is challenging to capture from air because its concentration is so low. However, the authors point out that zeolite, a crystalline material that consists primarily of aluminum, silicon and oxygen, could act essentially as a sponge to soak up methane. "The porous molecular structure, relatively large surface area and ability to host copper and iron in zeolites make them promising catalysts for capturing methane and other gases," said Ed Solomon, the Monroe E. Spaght Professor of Chemistry in the School of Humanities and Sciences.

The whole process might take the form of a giant contraption with electric fans forcing air through tumbling chambers or reactors full of powdered or pelletized zeolites and other catalysts. The trapped methane could then be heated to form and release carbon dioxide, the authors suggest.

A profitable future

The process of converting methane to carbon dioxide could be profitable with a price on carbon emissions or an appropriate policy. If market prices for carbon offsets rise to $500 or more per ton this century, as predicted by most relevant assessment models, each ton of methane removed from the atmosphere could be worth more than $12,000.

A zeolite array about the size of a football field could generate millions of dollars a year in income while removing harmful methane from the air. In principle, the researchers argue that the approach of converting a more harmful greenhouse gas to one that's less potent could also apply to other greenhouse gases.

While reducing greenhouse gases in the atmosphere to pre-industrial levels may seem unlikely in the near future, the researchers argue that it could be possible with strategies like these.