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Reportages

S'inspirer du corps humain pour capter le CO2

Par Guillaume Roy - 18/05/2017
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La lutte contre les changements climatiques pourrait s’accélérer grâce à une enzyme présente dans notre corps. L’entreprise québécoise CO2 Solutions compte l’utiliser pour conquérir la planète.
 

Qui aurait cru que l’on pourrait trouver une piste de solution aux changements climatiques en fouillant dans la littérature scientifique sur le traitement du CO2 dans les sous-marins ?

C’est pourtant en lisant un article sur le sujet que Peter Rogers, chercheur en médecine à l’Université Laval dans les années 1990, a découvert l’anhydrase carbonique, l’enzyme responsable du transport du gaz carbonique dans le corps humain et plusieurs organismes vivants.

Dans les sous-marins et les avions, le gaz carbonique s’accumule au fur et à mesure que les gens l’exhalent. Traditionnellement, on l’extrait grâce à des technologies utilisant des solvants à base d’ammoniac, mais ces solutions sont énergivores et génèrent des déchets toxiques. Dans les années 1960, on a tenté de leur substituer l’anhydrase carbonique, sans succès.

Néanmoins, le potentiel commercial de l’enzyme n’échappe pas à Peter Rodgers et à ses partenaires qui souhaitent l’exploiter pour capter le dioxyde de carbone provenant de sources industrielles. En 1997, ils créent leur compagnie, CO2 Solutions.

Ils ont vu juste, le marché est énorme. Le CO2 émis par les industries représente 10 % à 15 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Entre 2015 et 2050, il faudrait capturer 120 milliards de tonnes de CO2 par année pour éviter que la Terre ne se réchauffe de plus de 2 °C, estime l’Agence internationale de l’énergie. Sans compter que le prix du carbone grimpe avec l’instauration de différents systèmes de tarification.

Mais alors que plusieurs misent sur la séquestration du CO2 dans le sol, l’entreprise basée à Québec préfère le transformer en ressource exploitable.

« Je crois que capter le CO2 et le réutiliser est une meilleure solution que de l’enfouir dans le sol, soutient Evan Price, président et chef de la direction de l’entreprise depuis huit ans. Le carbone est un élément essentiel à la vie sur notre planète. Il peut être utilisé pour faire des produits à valeur ajoutée, comme des biocarburants, des bioplastiques, de la nourriture animale, et plus encore. »

L’anhydrase carbonique est ainsi devenue la « poudre magique » de l’entreprise basée à Québec (Peter Rogers l’a vendue dans les années suivant sa création).

Qu’a-t-elle de si spécial, cette enzyme ? « L’anhydrase carbonique agit comme un catalyseur en transformant rapidement le CO2 produit par les cellules du corps humain en bicarbonate, explique Sylvie Fradette, vice-présidente, recherche et développement pour CO2 Solutions. Par la suite, le bicarbonate, qui est soluble dans le sang, peut être acheminé jusqu’aux poumons, où il sera transformé à nouveau en CO2, avant d’être expulsé. »

Et l’anhydrase carbonique est ultra productive : une seule enzyme microscopique peut absorber un million de molécules de gaz carbonique par seconde.

Mais transposer ce procédé à l’échelle industrielle était une autre paire de manches. « Le CO2 est assez pur dans le corps humain, mais les gaz industriels contiennent beaucoup d’impuretés, comme de l’oxyde d’azote, du soufre et des métaux lourds, qui doivent être traités », donne en exemple la chercheuse.

Il fallait aussi développer une technologie pour produire ces enzymes à grande échelle. Pour y parvenir, CO2 Solutions a mis au point un procédé breveté pour fabriquer de l’anhydrase carbonique synthétique, grâce à l’action de bactéries. Résultat final : une fine poudre brune, qui peut être transportée facilement jusqu’aux sites industriels.

CO2 réutilisable

En 2015, l’entreprise a mis à l’épreuve son concept dans des installations situées à Valleyfield. Le but ? Capter 10 tonnes de CO2 par jour provenant d’une chaudière chauffée au gaz naturel, louée pour l’occasion.

À leur sortie de la chaudière, les gaz étaient dirigés vers une première tour, où ils entraient en contact avec une solution saline, chargée des enzymes synthétiques, qui capte le CO2 pour le transporter sous la forme d’ions bicarbonates, un peu comme dans le corps humain. Le liquide était ensuite acheminé vers une deuxième tour où la solution était chauffée à une température de 80 °C pour en extraire le gaz carbonique pur.

« Notre projet a démontré que nous pouvons capter du CO2 au prix de 28 $ la tonne pour un système de 1 250 tonnes par jour, ou plus, soit le coût le plus bas de l’industrie », soutient Evan Price, qui vise à récupérer 90 % du gaz carbonique émanant des usines.

Des discussions sont en cours pour réutiliser les équipements de Valleyfield dans les raffineries de l’est de l’île de Montréal. Ce projet-pilote a aussi convaincu les entrepreneurs des Serres Toundra, à Saint-Félicien, de miser sur cette technologie pour favoriser la croissance de leurs 45 millions de concombres produits annuellement.
À partir de 2018, la serre achètera 30 tonnes de CO2 par jour, récupérées de la tour à chaux de l’usine de pâtes et papiers de Produits forestiers Résolu (actionnaire des Serres Toundra), située à moins de 1 km du site. Elle haussera ainsi la concentration en CO2 dans ses installations, ce qui stimulera la photosynthèse et, donc, la croissance des plantes. Les concombres Toundra absorberont ainsi l’équivalent des émissions annuelles de 2 300 voitures.

Visées mondiales

Selon Vivian Scott, chercheur à l’université d’Édimbourg, la capture du carbone est cruciale, car elle permettrait d’atteindre jusqu’à 20 % des objectifs de réduction des gaz à effet de serre. Cela dit, « la demande pour le CO2 est beaucoup plus faible que les quantités émises », soutient l’expert qui voit la valorisation du gaz carbonique comme un marché de niche.

Alain Garnier, professeur à la faculté des sciences et de génie de l’Université Laval, estime que la technologie offerte par CO2 Solutions fait partie des outils pertinents pour lutter contre les changements climatiques, mais que l’entreprise doit encore en démontrer l’efficacité à l’échelle industrielle.

Autre défi: les réactions chimiques facilitées par l’enzyme sont réversibles lorsque la solution atteint une saturation en bicarbonate, explique M. Garnier. « Il faut donc trouver une manière efficace d’extraire le CO2 au fur et à mesure », pour suivre la cadence des émissions d’une usine.

Avec le projet des Serres Toundra, CO2 Solutions souhaite prouver le plein potentiel de la technologie qui lui permettrait de faire une percée mondiale, souligne Evan Price.
Pour dénicher de nouvelles occasions d’affaires, l’entreprise souhaite promouvoir son procédé auprès du marché québécois du carbone afin d’obtenir des crédits compensatoires. Le contexte actuel lui est d’autant plus favorable avec l’Accord de Paris sur le climat et l’imposition d’une taxe carbone par le gouvernement fédéral, qui entrera en vigueur à compter de 2018.

CO2 Solutions est déjà en discussion avec des représentants des industries de l’énergie, du pétrole, des cimenteries et des métaux, qui sont établis en Alberta, aux États-Unis, en Amérique du Sud, en Europe et en Asie. Chaque projet permettrait de recueillir jusqu’à 300 tonnes de CO2 par jour.

Sous la forme de biocarburants, de bioplastiques ou de concombres, le CO2 industriel est voué à une métamorphose extrême au cours des prochaines années.
 
Le CO2 dans le monde

- 35,8 milliards de tonnes émises en 2013.
- 150 millions de tonnes sont déjà récupérées chaque année pour fabriquer des engrais, des médicaments et autres matériaux.
- 22 projets de capture et de séquestration du carbone sont en fonction, pour un total de
40 millions de tonnes de CO2 par an.
- Entre 1750 et 2013, la concentration de CO2 dans l’atmosphère est passée de 280 ppm à 400 ppm.
- D’ici 2050, la concentration en CO2 pourrait atteindre 600  ppm, un sommet depuis
50 millions d’années.

Source : Banque mondiale, CNRS, Global Carbon Capture and Storage Institute, Agence internationale de l’énergie, NASA et Nature.
 

D’autres techniques pour capter le CO2
Utiliser les gaz bruts
En Ontario, les propriétaires de la cimenterie St.Mary’s veulent valoriser les gaz bruts sortant de l’usine pour produire des biocarburants à partir d’algues.

Transformer le CO2 en roche
En Islande, un groupe de chercheurs a réussi à injecter 225 tonnes de gaz carbonique, dissous dans l’eau, à l’intérieur d’anciens puits de forage riches en minéraux. Résultat, la solution s’est transformée en roche calcaire en moins de deux ans, en mimant le phénomène naturel de carbonatation. Ce procédé nécessite toutefois beaucoup d’eau et il n’est efficace que dans les roches basaltiques, soit 10 % de la croûte terrestre.

Utiliser le CO2 atmosphérique
L’entreprise Carbon Engineering, basée en Colombie-Britannique, a mis au point une technologie permettant de capter le dioxyde de carbone directement de l’atmosphère en utilisant une solution d’hydroxyde alcalin (une classe de composés chimiques formés d’un cation de métal alcalin et d’un anion hydroxyde). Un projet commercial devrait voir le jour en 2017.

Enfouir le CO2
À plusieurs endroits sur la planète, le CO2 est injecté dans le sol sous forme gazeuse, simplement pour le séquestrer ou encore pour rendre le pétrole des gisements plus visqueux afin de faciliter son extraction. Au fil du temps, le gaz piégé dans le sol devrait se minéraliser, mais il existe un risque de fuite si la roche se fissure, lors d’un tremblement de terre, par exemple.


Article paru dans le numéro de juin 2017.

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