Un « filtre-batterie » révolutionnaire pour capter le CO2 dans l’air à coût réduit
Le captage direct dans l’air, souvent désigné sous l’acronyme anglais DAC (pour Direct Air Capture), fait face à un défi colossal depuis ses débuts : son coût énergétique extrêmement élevé. Extirper du dioxyde de carbone (CO2) dilué à seulement 0,04 % dans l’atmosphère (soit environ 420 parties par million) exige d’immenses volumes d’air et une quantité d’énergie considérable. Les technologies dominantes actuelles s’appuient sur des filtres solides ou des solvants liquides qu’il faut chauffer entre 100 °C et 900 °C pour libérer le CO2 capté, ce qui requiert entre 1,5 et 3 mégawattheures (MWh) par tonne de gaz extrait.
Une avancée scientifique récente publiée dans la revue spécialisée Nature Energy pourrait toutefois changer la donne. Une équipe de chercheurs de l’Université du Delaware, menée par le chercheur James Buchen et le professeur Yushan Yan, en partenariat avec la jeune entreprise RepAir Carbon, vient de valider une méthode électrochimique novatrice qui fonctionne sur le principe d’une batterie rechargeable. Cette approche permet d’extraire le CO2 de l’air ambiant sans aucun apport de chaleur externe ni solvant liquide.
Comment fonctionne ce « filtre-batterie » à CO2 ?
Le système repose sur un concept d’électrochimie sèche. Au cœur du dispositif se trouve une cellule symétrique composée de deux électrodes à base d’hydroxyde de nickel — le même composant chimique que celui utilisé dans les batteries rechargeables traditionnelles nickel-métal hydrure. Ces deux électrodes sont séparées par une membrane d’échange d’hydroxydes (une membrane synthétique étanche qui ne laisse passer que certains ions chargés négativement).
Lorsque la cellule se charge et se décharge sous l’impulsion d’un courant électrique, elle crée naturellement une différence d’acidité (un gradient de pH, mesurant l’acidité ou la basicité d’un milieu) de part et d’autre de la membrane :
- Du côté cathode : la réaction chimique produit des ions hydroxyde. Ces ions réagissent immédiatement avec le CO2 présent dans l’air qui traverse la cellule pour former des molécules de carbonate ou de bicarbonate.
- Traversée de la membrane : attirées par le champ électrique, ces molécules traversent la membrane séparatrice pour rejoindre le côté anode.
- Du côté anode : l’environnement y est plus acide. Ce changement de pH inverse la réaction chimique, dégazant le CO2 sous forme pure et très concentrée.
En inversant régulièrement le sens du courant comme un balancier chimique, la cellule capture et libère le CO2 en continu sans altérer les composants.
Des consommations d’énergie divisées par deux
Les résultats mesurés en laboratoire et sur des bancs d’essai pilotes s’avèrent particulièrement prometteurs. Une cellule individuelle a fonctionné pendant plus de 5 000 heures consécutives en captant le CO2 de l’air ambiant avec une consommation d’électricité descendant jusqu’à 0,46 MWh par tonne. Un empilement pilote de neuf cellules plus larges a quant à lui affiché une consommation moyenne de 0,83 MWh par tonne de CO2 capté.
En comparaison avec les installations de DAC en service aujourd’hui, cette technologie consomme environ la moitié de l’électricité habituellement requise, tout en éliminant complètement le besoin d’un réseau de chaleur industrielle. De plus, l’absence totale de liquides et de solvants organiques évite les pertes par évaporation et réduit considérablement l’empreinte matérielle des usines.
Sur le plan économique, l’équipe s’appuie sur la courbe d’apprentissage rapide observée dans l’industrie des batteries lithium-ion pour projeter le coût du système à grande échelle. Si un premier démonstrateur pilote est estimé à environ 566 dollars la tonne de CO2, la production industrielle en série de ces modules standardisés pourrait abaisser ce coût sous le seuil symbolique des 92 dollars la tonne (soit environ 85 euros).
Défis et perspectives industrielles
Bien que cette technologie marque une étape clé, son passage à l’échelle industrielle soulève plusieurs questions. Pour capturer un million de tonnes de CO2 par an — l’objectif affiché par les grands projets mondiaux de captage —, il faudrait fabriquer et assembler des dizaines de millions de cellules électrochimiques interconnectées, réparties sur des surfaces de contact colossales.
Par ailleurs, pour garantir un bilan carbone réellement négatif, ce système doit impérativement être alimenté par une électricité entièrement décarbonée (solaire, éolienne ou nucléaire). Dans le cas contraire, les émissions associées à la production électrique viendraient annuler le bénéfice écologique du captage.
Malgré ces défis techniques, l’électrification directe et la modularité apportées par cette technologie représentent un changement de paradigme prometteur pour l’avenir de la captation atmosphérique du carbone.
Selon vous, l’électrification et la fabrication modulaire inspirées de l’industrie des batteries peuvent-elles enfin rendre le captage direct dans l’air rentable et déployable à grande échelle ? Partagez vos réflexions et vos questions dans les commentaires ci-dessous !
Photo : Jakub Zerdzicki sur Pexels.
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