Puits de carbone

Un puits de carbone est tout ce qui, naturel ou non, accumule et stocke un composé chimique contenant du carbone pendant une période indéfinie et élimine ainsi le dioxyde de carbone (CO ₂ ) de l’atmosphère. ^[1]

Ce diagramme du cycle rapide du carbone montre le mouvement du carbone entre la terre, l’atmosphère, le sol et les océans en milliards de tonnes de carbone par an. Les nombres jaunes sont les flux naturels, les rouges sont les contributions humaines en milliards de tonnes de carbone par an. Les chiffres blancs indiquent le carbone stocké.

À l’échelle mondiale, les deux puits de carbone les plus importants sont la végétation et l’ océan . ^[2] La sensibilisation du public à l’importance des puits de CO ₂ s’est accrue depuis l’adoption du Protocole de Kyoto en 1997 , qui promeut leur utilisation comme forme de compensation carbone . ^[3] Il existe également différentes stratégies utilisées pour améliorer ce processus. Le sol est un important moyen de stockage du carbone. Une grande partie du carbone organique retenu dans le sol des zones agricoles a été épuisée en raison de l’agriculture intensive . Le « carbone bleu » désigne le carbone fixé via les écosystèmes océaniques. Mangroves , marais salants etles herbiers marins constituent la majorité de la vie végétale océanique et stockent de grandes quantités de carbone.

De nombreux efforts sont déployés pour améliorer la séquestration naturelle dans les Sols et les océans. ^[1] En outre, une série d’initiatives de séquestration artificielle sont en cours, telles que la modification des matériaux de construction, la capture et le stockage du carbone et la séquestration géologique. ^{[4] [5]}

Général

Échange air-mer de CO ₂

L’augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique signifie une augmentation de la température mondiale. La quantité de dioxyde de carbone varie naturellement dans un équilibre dynamique avec la photosynthèse des plantes terrestres. Les puits naturels sont :

• Le sol est un réservoir de carbone et un puits de carbone actif. ^[6]
• La photosynthèse des plantes terrestres avec de l’herbe et des arbres leur permet de servir de puits de carbone pendant les saisons de croissance.
• Absorption du dioxyde de carbone par les océans via la solubilité et les pompes biologiques

Alors que la création de puits artificiels a été discutée, aucun système artificiel majeur n’élimine encore le carbone de l’atmosphère à une échelle matérielle. ^[7]

Les sources de carbone comprennent la combustion de combustibles fossiles (charbon, gaz naturel et pétrole) par les humains pour l’énergie et le transport. ^[8]

protocole de Kyoto

Le Protocole de Kyoto était un accord international visant à réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO ₂ ) et la présence de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère. Le principe essentiel du protocole de Kyoto était que les pays industrialisés devaient réduire leurs émissions de CO ₂ . Étant donné que la végétation en croissance absorbe du dioxyde de carbone , le protocole de Kyoto permet aux pays de l’annexe I ayant de vastes zones de forêts en croissance d’émettre des unités d’élimination .reconnaître la séquestration du carbone. Les unités supplémentaires leur permettent d’atteindre plus facilement leurs niveaux d’émission cibles. On estime que les forêts absorbent entre 10 et 20 tonnes par hectare (4,0 à 8,0 tonnes longues/acre ; 4,5 à 8,9 tonnes courtes/acre) chaque année, par conversion photosynthétique en amidon , cellulose , lignine et autres composants de la biomasse ligneuse . Bien que cela ait été bien documenté pour les forêts tempérées et les plantations, la faune des forêts tropicales impose certaines limites à de telles estimations mondiales. ^[9]

Certains pays cherchent à échanger des droits d’émission sur les marchés des émissions de carbone, en achetant les quotas d’émission de carbone inutilisés d’autres pays. Si des limites globales sur les émissions de gaz à effet de serre sont mises en place, les mécanismes de plafonnement et d’échange sont censés trouver des moyens rentables de réduire les émissions. ^[10] Il n’existe pas encore de régime d’audit carbone pour tous ces marchés dans le monde, et aucun n’est spécifié dans le Protocole de Kyoto. Les émissions nationales de carbone sont autodéclarées.

Dans le cadre du Mécanisme pour un développement propre , seuls le boisement et le reboisement sont éligibles pour produire des réductions certifiées d’émissions (URCE) au cours de la première période d’engagement du protocole de Kyoto (2008-2012). Les activités de conservation des forêts ou les activités évitant la déforestation , qui entraîneraient une réduction des émissions grâce à la conservation des stocks de carbone existants, ne sont pas éligibles pour le moment. ^[11] En outre, la séquestration du carbone agricole n’est pas encore possible. ^[12]

Stockage en milieu terrestre et marin

Sols

Apprendre encore plus Cette rubrique doit être mise à jour . La raison invoquée est : rapport du GIEC sur le changement climatique et les terres. ( novembre 2019 ) Please help update this article to reflect recent events or newly available information.

Les Sols représentent un milieu de stockage du carbone à court et à long terme et contiennent plus de carbone que toute la végétation terrestre et l’atmosphère combinées. ^{[13] [14] [15]} La litière végétale et d’autres biomasses , y compris le charbon de bois , s’accumulent sous forme de matière organique dans les Sols et sont dégradées par l’Altération chimique et la dégradation biologique . Les polymères de carbone organique plus récalcitrants tels que la cellulose , l’hémicellulose , la lignine , les composés aliphatiques, les cires et les terpénoïdes sont collectivement retenus sous forme d’ humus. ^[16] La matière organique a tendance à s’accumuler dans la litière et les Sols des régions plus froides telles que les forêts boréales d’Amérique du Nord et la taïga de Russie . La litière de feuilles et l’ humus sont rapidement oxydés et mal retenus dans les conditions climatiques subtropicales et tropicales en raison des températures élevées et du lessivage important par les précipitations. Zones de culture itinérante ou sur brûlisl’agriculture pratiquée ne sont généralement fertiles que pendant deux à trois ans avant d’être abandonnées. Ces jungles tropicales ressemblent aux récifs coralliens en ce sens qu’elles sont très efficaces pour conserver et faire circuler les nutriments nécessaires, ce qui explique leur luxuriance dans un désert de nutriments. ^[17] Une grande partie du carbone organique retenu dans de nombreuses zones agricoles du monde entier a été gravement épuisée en raison des pratiques agricoles intensives . ^[18]

Les prairies contribuent à la matière organique du sol , stockée principalement dans leurs vastes tapis racinaires fibreux. En partie à cause des conditions climatiques de ces régions (par exemple, des températures plus fraîches et des conditions semi-arides à arides), ces Sols peuvent accumuler des quantités importantes de matière organique. Cela peut varier en fonction des précipitations, de la durée de la saison hivernale et de la fréquence des feux d’herbe naturellement provoqués par la foudre . Bien que ces incendies libèrent du dioxyde de carbone, ils améliorent la qualité des prairies dans leur ensemble, augmentant à leur tour la quantité de carbone retenue dans la matière humique. Ils déposent également du carbone directement dans le sol sous forme de biochar qui ne se dégrade pas de manière significative en dioxyde de carbone. ^[19]

Les incendies de forêt libèrent du carbone absorbé dans l’atmosphère ^[20] , tout comme la déforestation due à l’oxydation rapide de la matière organique du sol. ^[21]

La matière organique des tourbières subit une lente Décomposition anaérobie sous la surface. Ce processus est suffisamment lent pour que, dans de nombreux cas, la tourbière se développe rapidement et fixe plus de carbone de l’atmosphère qu’il n’en libère. Au fil du temps, la tourbe s’épaissit. Les tourbières contiennent environ un quart du carbone stocké dans les plantes terrestres et les Sols. ^[22]

Dans certaines conditions, les forêts et les tourbières peuvent devenir des sources de CO ₂ , comme lorsqu’une forêt est inondée par la construction d’un barrage hydroélectrique. À moins que les forêts et la tourbe ne soient récoltées avant l’inondation, la végétation en décomposition est une source de CO ₂ et de méthane d’une ampleur comparable à la quantité de carbone libérée par une centrale à combustible fossile de puissance équivalente. ^[23]

Agriculture régénérative

Les pratiques agricoles actuelles entraînent une perte de carbone des Sols. Il a été suggéré que des pratiques agricoles améliorées pourraient améliorer la capacité de l’ éponge carbonée du sol à retenir le carbone et l’eau. Les pratiques mondiales actuelles de surpâturage réduisent considérablement la performance de nombreuses prairies en tant qu’éponges de carbone du sol. ^[24] L’Institut Rodale affirme que l’agriculture régénérative , si elle est pratiquée sur les terres arables de la planète de 15 millions de km ² (3,6 milliards d’acres), pourrait séquestrer jusqu’à 40 % des émissions actuelles de CO ₂ . ^[25]Ils affirment que la séquestration du carbone agricole a le potentiel d’atténuer le réchauffement climatique. Lors de l’utilisation de pratiques de régénération à base biologique, cet avantage spectaculaire peut être obtenu sans diminution des rendements ou des bénéfices des agriculteurs. ^[26] Les Sols gérés de manière biologique peuvent convertir le dioxyde de carbone d’un gaz à effet de serre en un actif de production alimentaire. ^[18]

En 2006, les émissions américaines de dioxyde de carbone, provenant en grande partie de la combustion de combustibles fossiles, étaient estimées à près de 5,9 milliards de tonnes (6,5 milliards de tonnes courtes). ^[27] Si un taux de séquestration de 220 tonnes par kilomètre carré (2 000 lb/acre) par an était atteint sur l’ensemble des 1,76 million de km ² (434 millions d’acres) de terres cultivées aux États-Unis, près de 1,5 milliard de tonnes (1,6 milliard de tonnes courtes) de dioxyde de carbone serait séquestré par an, atténuant près d’un quart des émissions totales de combustibles fossiles du pays. ^[18]

Océans

Cette section est un extrait de Blue carbon . [ modifier ] Estimations de la valeur économique des écosystèmes de carbone bleu par hectare. Basé sur les données 2009 du PNUE/GRID-Arendal. ^{[28] [29]} Le carbone bleu est la séquestration du carbone (l’élimination du dioxyde de carbone de l’atmosphère terrestre) par les écosystèmes océaniques et côtiers du monde , principalement par les algues, les herbiers marins , les Macroalgues , les mangroves , les marais salants et d’autres plantes dans les zones humides côtières.. Cela se produit par la croissance des plantes et l’accumulation et l’enfouissement de la matière organique dans le sol. Parce que les océans couvrent 70% de la planète, la restauration des écosystèmes océaniques a le plus grand potentiel de développement du carbone bleu. Des recherches sont en cours, mais dans certains cas, il a été constaté que ces types d’écosystèmes éliminent beaucoup plus de carbone que les forêts terrestres et le stockent pendant des millénaires.

Améliorer la séquestration naturelle

Les forêts

Les forêts peuvent être des réserves de carbone ^{[30] [31] [32]} et elles sont des puits de dioxyde de carbone lorsqu’elles augmentent en densité ou en superficie. Dans les forêts boréales du Canada, jusqu’à 80 % du carbone total est stocké dans les Sols sous forme de matière organique morte. ^[33] Une étude de 40 ans sur les forêts tropicales africaines, asiatiques et sud-américaines par l’Université de Leeds a montré que les forêts tropicales absorbent environ 18% de tout le dioxyde de carbone ajouté par les combustibles fossiles. Au cours des trois dernières décennies, la quantité de carbone absorbée par les forêts tropicales intactes du monde a diminué, selon une étude publiée en 2020 dans la revue Nature.

Proportion du stock de carbone dans les bassins de carbone forestier, 2020 ^[34]

Le stock total de carbone dans les forêts est passé de 668 gigatonnes en 1990 à 662 gigatonnes en 2020. ^[35] Cependant, une autre étude révèle que l’ indice de surface foliaire a augmenté à l’échelle mondiale depuis 1981, ce qui était responsable de 12,4 % du puits de carbone terrestre accumulé à partir de 1981 à 2016. L’ effet de fertilisation du CO ₂ , en revanche, était responsable de 47 % du puits, tandis que le changement climatique a réduit le puits de 28,6 %. ^[36]

En 2019, ils ont absorbé un tiers de moins de carbone que dans les années 1990, en raison des températures plus élevées, des sécheresses et de la déforestation. La forêt tropicale typique pourrait devenir une source de carbone d’ici les années 2060. ^[37] Les forêts tropicales vraiment matures, par définition, se développent rapidement, chaque arbre produisant au moins 10 nouveaux arbres chaque année. Sur la base d’études de la FAO et du PNUE , il a été estimé que les forêts asiatiques absorbent environ 5 tonnes de dioxyde de carbone par hectare chaque année. L’effet de refroidissement global de la séquestration du carbone par les forêts est partiellement contrebalancé dans la mesure où le reboisement peut diminuer la réflexion de la lumière solaire ( albédo ). Les forêts des latitudes moyennes à élevées ont un albédo beaucoup plus faiblependant les saisons de neige qu’un sol plat, contribuant ainsi au réchauffement. La modélisation qui compare les effets des différences d’albédo entre les forêts et les prairies suggère que l’expansion de la superficie des forêts dans les zones tempérées n’offre qu’un avantage de refroidissement temporaire. ^{[38] [39] [40] [41]}

Aux États-Unis, en 2004 (année la plus récente pour laquelle des statistiques de l’EPA ^[42] sont disponibles), les forêts ont séquestré 10,6 % (637 mégatonnes ) ^[43] du dioxyde de carbone émis aux États-Unis par la combustion d’énergies fossiles (charbon , pétrole et gaz naturel ; 5 657 mégatonnes ^[44] ). Les arbres urbains ont séquestré 1,5 % supplémentaire (88 mégatonnes). ^[43] Pour réduire davantage les émissions américaines de dioxyde de carbone de 7 %, comme le stipule le protocole de Kyoto , il faudrait planter « une superficie de la taille du Texas [8 % de la superficie du Brésil] tous les 30 ans ». ^[45] Compensation carbonedes programmes plantent des millions d’arbres à croissance rapide par an pour reboiser les terres tropicales, pour aussi peu que 0,10 $ par arbre ; au cours de leur durée de vie typique de 40 ans, un million de ces arbres fixeront 1 million de tonnes de dioxyde de carbone. ^{[46] [47]} Au Canada, la réduction de la récolte du bois aurait très peu d’impact sur les émissions de dioxyde de carbone en raison de la combinaison de la récolte et du carbone stocké dans les produits en bois manufacturés ainsi que de la repousse des forêts récoltées. De plus, la quantité de carbone libérée par la récolte est faible par rapport à la quantité de carbone perdue chaque année à cause des incendies de forêt et d’autres perturbations naturelles. ^[33]

Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’ évolution du climat a conclu qu'”une stratégie de gestion durable des forêts visant à maintenir ou à augmenter les stocks de carbone forestier, tout en produisant un rendement annuel soutenu de fibre de bois ou d’énergie à partir de la forêt, générera le plus grand avantage d’atténuation durable”. ^[48] ​​Les pratiques de gestion durable maintiennent la croissance des forêts à un rythme plus élevé sur une période de temps potentiellement plus longue, offrant ainsi des avantages nets de séquestration en plus de ceux des forêts non gérées. ^[49]

L’espérance de vie des forêts varie à travers le monde, influencée par les espèces d’arbres, les conditions du site et les schémas de perturbations naturelles. Dans certaines forêts, le carbone peut être stocké pendant des siècles, tandis que dans d’autres forêts, le carbone est libéré avec de fréquents incendies remplaçant les peuplements. Les forêts qui sont récoltées avant les événements de remplacement des peuplements permettent de retenir le carbone dans les produits forestiers manufacturés comme le bois d’œuvre. ^[50] Cependant, seule une partie du carbone retiré des forêts exploitées se transforme en biens durables et en bâtiments. Le reste se transforme en sous-produits de scierie tels que la pâte, le papier et les palettes, qui se terminent souvent par une incinération (entraînant une libération de carbone dans l’atmosphère) à la fin de leur cycle de vie. Par exemple, sur les 1 692 mégatonnes de carbone récoltées dans les forêts de l’Oregonet Washington de 1900 à 1992, seuls 23 % sont stockés à long terme dans les produits forestiers. ^[51]

Océans

Une façon d’augmenter l’efficacité de la séquestration du carbone des océans consiste à ajouter des particules de fer de la taille d’un micromètre sous forme d’ hématite (oxyde de fer) ou de mélantérite (sulfate de fer) dans certaines régions de l’océan. Cela a pour effet de stimuler la croissance du plancton . Le fer est un nutriment important pour le phytoplancton , généralement rendu disponible par les remontées d’eau le long des Plateaux continentaux , les apports des rivières et des ruisseaux, ainsi que le dépôt de poussière en suspension dans l’ atmosphère . Les sources naturelles de fer océanique ont diminué au cours des dernières décennies, contribuant à une baisse globale de la productivité des océans. ^[52]Pourtant, en présence de nutriments ferreux, les populations de plancton croissent rapidement, ou « s’épanouissent », élargissant la base de la productivité de la biomasse dans toute la région et éliminant des quantités importantes de CO ₂ de l’atmosphère via la photosynthèse . Un test en 2002 dans l’ océan Austral autour de l’Antarctique suggère qu’entre 10 000 et 100 000 atomes de carbone sont coulés pour chaque atome de fer ajouté à l’eau. ^[53] L’application de nutriments à base de fer dans certaines parties des océans, à des échelles appropriées, pourrait avoir pour effet combiné de restaurer la productivité des océans tout en atténuant les effets des émissions de dioxyde de carbone d’origine humaine dans l’atmosphère. ^[52]

Étant donné que l’effet des proliférations périodiques de phytoplancton à petite échelle sur les écosystèmes océaniques n’est pas clair, d’autres études seraient utiles. Le phytoplancton a un effet complexe sur la formation des nuages ​​via la libération de substances telles que le sulfure de diméthyle (DMS) qui sont convertis en aérosols sulfatés dans l’atmosphère, fournissant des noyaux de condensation des nuages , ou CCN. ^[54]

D’autres nutriments tels que les nitrates, les phosphates et la silice ainsi que le fer peuvent provoquer la fertilisation des océans. Il y a eu des spéculations selon lesquelles l’utilisation d’impulsions de fertilisation (d’une durée d’environ 20 jours) pourrait être plus efficace pour amener le carbone au fond de l’océan qu’une fertilisation soutenue. ^[55]

Cependant, il existe une certaine controverse sur l’ensemencement des océans avec du fer, en raison du potentiel de croissance accrue du phytoplancton toxique (par exemple ” marée rouge “), de la baisse de la qualité de l’eau due à la prolifération et de l’augmentation de l’anoxie dans les zones nuisant à d’autres espèces marines telles que le zooplancton, poissons, coraux, etc. ^{[56] [57]}

Sols

Depuis les années 1850, une grande partie des prairies du monde ont été labourées et converties en terres cultivées, permettant l’oxydation rapide de grandes quantités de carbone organique du sol. Cependant, aux États-Unis en 2004 (l’année la plus récente pour laquelle des statistiques de l’EPA sont disponibles), les Sols agricoles, y compris les pâturages, ont séquestré 0,8 % (46 mégatonnes) ^[43] autant de carbone que ce qui a été libéré aux États-Unis par la combustion de combustibles fossiles (5 988 mégatonnes). ^[44] Le montant annuel de cette séquestration augmente progressivement depuis 1998. ^{[58] [43]}

Les méthodes qui améliorent considérablement la séquestration du carbone dans le sol comprennent l’ agriculture sans labour , le paillage des résidus, la culture de couverture et la rotation des cultures , qui sont toutes plus largement utilisées dans l’agriculture biologique que dans l’agriculture conventionnelle. ^{[59] [60]} Parce que seulement 5% des terres agricoles américaines utilisent actuellement le non-labour et le paillage des résidus, il existe un grand potentiel de séquestration du carbone. ^[61] La conversion en pâturage, en particulier avec une bonne gestion du pâturage, peut séquestrer encore plus de carbone dans le sol.

Terra preta , un sol anthropique à haute teneur en carbone, est également à l’étude en tant que mécanisme de séquestration. En pyrolysant la biomasse, environ la moitié de son carbone peut être réduite en charbon de bois , qui peut persister dans le sol pendant des siècles, et constitue un amendement de sol utile, en particulier dans les Sols tropicaux ( biochar ou agrichar ). ^{[62] [63]}

“Pendant la majeure partie de l’histoire humaine, le pergélisol a été le plus grand puits de carbone terrestre de la Terre, emprisonnant les matières végétales et animales dans ses couches gelées pendant des siècles. Il stocke actuellement environ 1 600 milliards de tonnes de carbone, soit plus du double de la quantité présente dans l’atmosphère aujourd’hui. Mais merci à la hausse des températures, le pergélisol se fracture et disparaît ». ^[64] Sergey Zimov a proposé de restaurer et de protéger ce mécanisme majeur de séquestration du carbone via la restauration des prairies et des grands mammifères herbivores arctiques. ^[65]

Savane

Les brûlages contrôlés dans les savanes de l’extrême nord de l’Australie peuvent entraîner un puits de carbone global. Un exemple concret est l’accord de gestion des incendies de West Arnhem, qui a commencé à apporter “une gestion stratégique des incendies sur 28 000 km2 de la Terre d’Arnhem occidentale”. Commencer délibérément des brûlages contrôlés au début de la saison sèche entraîne une mosaïque de pays brûlés et non brûlés, ce qui réduit la zone de brûlage par rapport à des feux plus forts en fin de saison sèche. Au début de la saison sèche, les niveaux d’humidité sont plus élevés, les températures plus fraîches et le vent plus léger que plus tard dans la saison sèche. les incendies ont tendance à s’éteindre pendant la nuit. Les brûlages dirigés précoces entraînent également le brûlage d’une plus petite proportion de la biomasse d’herbes et d’arbres. ^[66] Réduction des émissions de 256 000 tonnes de CO ₂ont été faites à partir de 2007. ^[67]

Séquestration artificielle

Pour que le carbone soit séquestré artificiellement (c’est-à-dire sans utiliser les processus naturels du cycle du carbone), il doit d’abord être capturé, ou il doit être considérablement retardé ou empêché d’être rerelâché dans l’atmosphère (par combustion, décomposition, etc.) à partir de un matériau riche en carbone existant, en étant incorporé dans un usage durable (comme dans la construction). Par la suite, il peut être stocké passivement ou rester utilisé de manière productive au fil du temps de diverses manières. Par exemple, lors de la récolte, le bois (en tant que matériau riche en carbone) peut être immédiatement brûlé ou servir de combustible, renvoyant son carbone dans l’atmosphère, ou il peut être incorporé dans la construction ou une gamme d’autres produits durables, séquestrant ainsi son carbone au fil des années voire des siècles.^[68]

Un bâtiment très soigneusement conçu et durable, économe en énergie et captant l’énergie a le potentiel de séquestrer (dans ses matériaux de construction riches en carbone), autant ou plus de carbone que ce qui a été libéré par l’acquisition et l’incorporation de tous ses matériaux et que sera libérée par les “importations d’énergie” de la fonction du bâtiment au cours de l’existence (potentiellement pluriséculaire) de la structure. Une telle structure pourrait être qualifiée de “neutre en carbone” ou même “négative en carbone”. On estime que la construction et l’exploitation des bâtiments (consommation d’électricité, chauffage, etc.) contribuent à près de la moitié des ajouts annuels de carbone d’origine humaine dans l’atmosphère. ^[69]

Les stations d’ épuration de gaz naturel doivent souvent déjà éliminer le dioxyde de carbone, soit pour éviter que les camions-citernes ne soient obstrués par de la neige carbonique, soit pour éviter que les concentrations de dioxyde de carbone ne dépassent le maximum de 3 % autorisé sur le réseau de distribution de gaz naturel. ^[70]

Immeubles

Mjøstårnet , l’un des plus hauts bâtiments en bois, lors de son ouverture en 2019

Selon une équipe internationale de scientifiques interdisciplinaires dans une étude de 2020, l’adoption à grande échelle du bois massif et sa substitution à l’acier et au béton dans les nouveaux projets de construction de hauteur moyenne au cours des prochaines décennies ont le potentiel de transformer les bâtiments en bois en un carbone mondial. coulent, car ils stockent le dioxyde de carbone prélevé dans l’air par les arbres qui sont récoltés et utilisés comme bois d’ingénierie. Constatant le besoin démographique de nouvelles constructions urbaines pour les trente prochaines années, l’équipe a analysé quatre scénarios de transition vers la construction neuve de moyenne hauteur en bois massif. Dans l’hypothèse d’un statu quo, seulement 0,5 % des nouveaux bâtiments dans le monde seraient construits en bois d’ici 2050 (scénario 1). Cela pourrait être porté à 10 % (scénario 2) ou 50 % (scénario 3), en supposant que la fabrication massive de bois augmenterait à mesure qu’une révolution matérielle remplacerait le ciment et l’acier dans la construction urbaine par le bois. Enfin, si les pays ayant actuellement un faible niveau d’industrialisation, par exemple l’Afrique, l’Océanie et certaines parties de l’Asie, effectuaient également la transition vers le bois (y compris le bambou), alors même 90 % de bois d’ici 2050 (scénario 4) est concevable. Cela pourrait conduire à stocker entre 10 millions de tonnes de carbone par an dans le scénario le plus bas et près de 700 millions de tonnes dans le scénario le plus élevé. L’étude a révélé que ce potentiel pouvait être réalisé sous deux conditions. Premièrement, les forêts exploitées devraient être gérées, gouvernées et utilisées de manière durable. Deuxièmement, le bois des bâtiments en bois démolis devrait être réutilisé ou conservé sur le terrain sous diverses formes.^[71]

Capture d’air directe

Cette section est un extrait de Direct air capture . [ modifier ] Organigramme du processus de captage direct de l’air utilisant de l’hydroxyde de sodium comme absorbant et incluant la régénération du solvant.

La capture directe de l’air (DAC) est un processus de capture du dioxyde de carbone (CO ₂ ) directement de l’air ambiant (par opposition à la capture à partir de sources ponctuelles , telles qu’une cimenterie ou une centrale électrique à biomasse ) et de génération d’un flux concentré de CO ₂ pour la séquestration ou l’utilisation ou la production de carburant neutre en carbone et de gaz éolien . L’élimination du dioxyde de carbone est obtenue lorsque l’air ambiant entre en contact avec un milieu chimique, généralement un solvant alcalin aqueux ^[72] ou des sorbants . ^[73] Ces milieux chimiques sont ensuite débarrassés du CO ₂ par l’application d’énergie (à savoir de la chaleur), résultant en un flux de CO ₂ qui peut subir une déshydratation et une compression, tout en régénérant simultanément les milieux chimiques pour une réutilisation.

Le CAD a été suggéré en 1999 par Klaus S. Lackner et est toujours en développement, ^{[74] [75]} bien que plusieurs usines commerciales soient en fonctionnement ou en planification à travers l’Europe et les États-Unis. Le déploiement à grande échelle du DAC peut être accéléré lorsqu’il est lié à des cas d’utilisation économiques ou à des incitations politiques.

Le DAC n’est pas une alternative au captage et au stockage du carbone (CSC) traditionnel à source ponctuelle , mais peut être utilisé pour récupérer certaines émissions provenant de sources distribuées, telles que certains lancements de fusées. ^[76] Lorsqu’il est combiné avec le stockage à long terme du CO ₂ , le DAC est connu sous le nom de capture et stockage directs du carbone dans l’air (DACCS). Le DACCS peut agir comme un mécanisme d’ élimination du dioxyde de carbone , bien qu’en 2022 ^[update], il ne soit pas encore rentable car le coût par tonne de dioxyde de carbone est plusieurs fois supérieur au prix du carbone .

Océans

Une autre forme proposée de séquestration du carbone dans l’océan est l’injection directe. Dans cette méthode, le dioxyde de carbone est pompé directement dans l’eau en profondeur, et on s’attend à ce qu’il forme des « lacs » de CO ₂ liquide au fond. Des expériences menées dans des eaux modérées à profondes (350 à 3 600 mètres (1 150 à 11 810 pieds)) indiquent que le CO ₂ liquide réagit pour former des hydrates de clathrate de CO ₂ solides , qui se dissolvent progressivement dans les eaux environnantes. ^[77]

Cette méthode a également des conséquences environnementales potentiellement dangereuses. Le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour former de l’acide carbonique , H ₂ CO ₃ ; cependant, la majeure partie (jusqu’à 99 %) reste sous forme de CO ₂ moléculaire dissous . L’équilibre serait sans doute assez différent ^{[ vague ]} dans les conditions de haute pression dans l’océan profond. De plus, si les méthanogènes bactériens des eaux profondes qui réduisent le dioxyde de carbone devaient rencontrer les puits de dioxyde de carbone, les niveaux de méthane pourraient augmenter, entraînant la génération d’un gaz à effet de serre encore pire. ^[78] Les effets environnementaux qui en résultent surles formes de vie benthiques des zones bathypélagique , abyssopélagique et hadopélagique sont inconnues. Même si la vie semble être plutôt clairsemée dans les bassins océaniques profonds, les effets énergétiques et chimiques dans ces bassins profonds pourraient avoir des implications de grande envergure. Beaucoup plus de travail est nécessaire ici pour définir l’étendue des problèmes potentiels.

Le stockage du carbone dans ou sous les océans peut ne pas être compatible avec la Convention sur la prévention de la pollution des mers résultant de l’immersion de déchets et autres matières . ^[79]

Une méthode supplémentaire de séquestration à long terme basée sur l’océan consiste à rassembler les résidus de récolte tels que les tiges de maïs ou l’excès de foin dans de grandes balles pondérées de biomasse et à les déposer dans les zones alluviales du bassin océanique profond . Laisser tomber ces résidus dans des ventilateurs alluvionnaires entraînerait l’enfouissement rapide des résidus dans le limon au fond de la mer, séquestrant la biomasse pendant de très longues périodes. Les cônes alluviaux existent dans tous les océans et toutes les mers du monde où les deltas fluviaux tombent du bord du plateau continental, comme le cône alluvial du Mississippi dans le golfe du Mexique et le cône alluvial du Nil dans la mer Méditerranée .. Un inconvénient, cependant, serait une augmentation de la croissance des bactéries aérobies due à l’introduction de la biomasse, entraînant une plus grande concurrence pour les ressources en oxygène en haute mer, similaire à la zone de minimum d’oxygène . ^[80]

Séquestration géologique

La méthode de géo-séquestration ou stockage géologique consiste à injecter du dioxyde de carbone directement dans des formations géologiques souterraines. ^[81] Des gisements de pétrole en déclin , des aquifères salins et des veines de charbon non exploitables ont été suggérés comme sites de stockage. Les cavernes et les anciennes mines qui sont couramment utilisées pour stocker le gaz naturel ne sont pas prises en compte, en raison d’un manque de sécurité de stockage.

Le CO ₂ a été injecté dans les gisements de pétrole en déclin pendant plus de 40 ans, pour augmenter la récupération du pétrole. Cette option est intéressante car les coûts de stockage sont compensés par la vente du pétrole supplémentaire qui est récupéré. En règle générale, une récupération supplémentaire de 10 à 15 % de l’huile d’origine en place est possible. D’autres avantages sont l’infrastructure existante et les informations géophysiques et géologiques sur le champ pétrolifère qui sont disponibles à partir de l’exploration pétrolière. Un autre avantage de l’injection de CO ₂ dans les champs pétrolifères est que le CO ₂ est soluble dans le pétrole. Dissoudre le CO ₂dans l’huile diminue la viscosité de l’huile et réduit sa tension interfaciale ce qui augmente la mobilité de l’huile. Tous les gisements de pétrole ont une barrière géologique empêchant la migration ascendante du pétrole. Comme la plupart du pétrole et du gaz sont en place depuis des millions à des dizaines de millions d’années, les réservoirs de pétrole et de gaz épuisés peuvent contenir du dioxyde de carbone pendant des millénaires. Les problèmes potentiels identifiés sont les nombreuses possibilités de « fuites » fournies par les anciens puits de pétrole, le besoin de pressions d’injection élevées et l’acidification qui peut endommager la barrière géologique. D’autres inconvénients des anciens champs pétrolifères sont leur répartition géographique et leur profondeur limitées, qui nécessitent des pressions d’injection élevées pour la séquestration. En dessous d’une profondeur d’environ 1000 m, le dioxyde de carbone est injecté sous forme de fluide supercritique, un matériau ayant la densité d’un liquide, mais la viscosité et la diffusivité d’un gaz.₂ , car le CO ₂ s’absorbe à la surface du charbon, assurant un stockage sûr à long terme. Dans le processus, il libère du méthane qui était auparavant adsorbé à la surface du charbon et qui peut être récupéré. Là encore, la vente du méthane peut être utilisée pour compenser le coût du stockage du CO _{2 .} La libération ou la combustion de méthane compenserait bien sûr au moins partiellement le résultat de séquestration obtenu – sauf lorsque le gaz est autorisé à s’échapper dans l’atmosphère en quantités importantes : le méthane a un potentiel de réchauffement global 80 fois plus élevé que le CO ₂ (au cours des vingt premières années). ^[82]

Les aquifères salins contiennent des saumures hautement minéralisées et ont jusqu’à présent été considérés comme sans intérêt pour l’homme, sauf dans quelques cas où ils ont été utilisés pour le stockage de déchets chimiques. Leurs avantages comprennent un grand volume de stockage potentiel et une occurrence relativement courante réduisant la distance sur laquelle le CO ₂ doit être transporté. Le principal inconvénient des aquifères salins est qu’ils sont relativement peu connus par rapport aux champs pétrolifères. Un autre inconvénient des aquifères salins est qu’à mesure que la salinité de l’eau augmente, moins de CO ₂peut être dissous dans une solution aqueuse. Pour maintenir un coût de stockage acceptable, l’exploration géophysique peut être limitée, ce qui entraîne une plus grande incertitude quant à la structure d’un aquifère donné. Contrairement au stockage dans les gisements de pétrole ou les gisements de houille, aucun sous-produit ne compensera le coût de stockage. La fuite de CO ₂ dans l’atmosphère peut être un problème dans le stockage de l’aquifère salin. Cependant, les recherches actuelles montrent que plusieurs mécanismes de piégeage immobilisent le CO ₂ sous terre, réduisant le risque de fuite. ^[83]

Un important projet de recherche examinant la séquestration géologique du dioxyde de carbone est actuellement en cours dans un champ pétrolifère à Weyburn , dans le sud-est de la Saskatchewan . En mer du Nord , la plate-forme norvégienne de gaz naturel Equinor Sleipner extrait le dioxyde de carbone du gaz naturel avec des solvants aminés et élimine ce dioxyde de carbone par séquestration géologique. Sleipner réduit les émissions de dioxyde de carbone d’environ un million de tonnes par an. Le coût de la séquestration géologique est mineur par rapport aux coûts de fonctionnement globaux. L’un des premiers essais planifiés de séquestration à grande échelle du dioxyde de carbone extrait des émissions de la centrale électrique dans le champ pétrolifère de Millercomme ses réserves sont épuisées par BP n’a pas été financé. ^[84]

En octobre 2007, le Bureau de géologie économique de l’Université du Texas à Austin a reçu un contrat de sous-traitance de 38 millions de dollars sur 10 ans pour mener le premier projet à long terme sous surveillance intensive aux États-Unis étudiant la faisabilité d’injecter un grand volume de CO2. ₂ pour le stockage souterrain. ^[85] Le projet est un programme de recherche du Southeast Regional Carbon Sequestration Partnership (SECARB) , financé par le National Energy Technology Laboratory du US Department of Energy (DOE) . Le partenariat SECARB démontrera le taux d’injection de CO _{2 et la capacité de stockage dans le} Tuscaloosa -Système géologique Woodbine qui s’étend du Texas à la Floride. À partir de l’automne 2007, le projet injectera du CO ₂ à raison d’un million de tonnes ^{[ vague ]} par an, pendant un maximum de 1,5 an, dans la saumure jusqu’à 10 000 pieds (3 000 m) sous la surface du sol près du champ pétrolifère de Cranfield à environ 15 miles (24 km) à l’est de Natchez, Mississippi . L’équipement expérimental mesurera la capacité du sous-sol à accepter et à retenir le CO ₂ . ^[77]

Séquestration minérale

La séquestration minérale vise à piéger le carbone sous forme de sels solides de carbonate . Ce processus se produit lentement dans la nature et est responsable du dépôt et de l’accumulation de calcaire au cours du temps géologique. L’acide carbonique dans les eaux souterraines réagit lentement avec les silicates complexes pour dissoudre le calcium , le magnésium , les alcalis et la silice et laisser un résidu de minéraux argileux . Le calcium et le magnésium dissous réagissent avec le bicarbonatepour précipiter les carbonates de calcium et de magnésium, un processus que les organismes utilisent pour fabriquer des coquilles. Lorsque les organismes meurent, leurs coquilles se déposent sous forme de sédiments et finissent par se transformer en calcaire. Les calcaires se sont accumulés sur des milliards d’années de temps géologique et contiennent une grande partie du carbone de la Terre. Les recherches en cours visent à accélérer des réactions similaires impliquant des carbonates alcalins. ^[86]

Plusieurs gisements de serpentinite sont à l’étude en tant que puits de stockage de CO ₂ potentiellement à grande échelle , comme ceux que l’on trouve en Nouvelle-Galles du Sud, en Australie, où le premier projet d’usine pilote de carbonatation minérale est en cours. ^[87] La ​​réutilisation bénéfique du carbonate de magnésium issu de ce processus pourrait fournir des matières premières pour de nouveaux produits développés pour l’environnement bâti et l’agriculture sans renvoyer le carbone dans l’atmosphère et agir ainsi comme un puits de carbone. ^[88]

Une réaction proposée est celle de la dunite de roche riche en olivine , ou de son équivalent serpentinite hydraté avec du dioxyde de carbone pour former la magnésite minérale carbonatée , plus de la silice et de l’oxyde de fer ( magnétite ).

La séquestration de la serpentinite est favorisée en raison de la nature non toxique et stable du carbonate de magnésium. Les réactions idéales impliquent les composants terminaux de magnésium de l’ olivine (réaction 1) ou de la serpentine (réaction 2), cette dernière dérivée de l’olivine antérieure par hydratation et silicification (réaction 3). La présence de fer dans l’olivine ou la serpentine réduit l’efficacité de la séquestration, puisque les composants ferreux de ces minéraux se décomposent en oxyde de fer et en silice (réaction 4).

Réactions serpentinites

Mg-olivineMg2SiO4 _ _ _+ gaz carbonique2CO2 _→ magnésite2MgCO3 _+ siliceSiO2 _+ l’eauH 2 O

( Réaction 1 )

SerpentinMg 3 [Si 2 O 5 (OH) 4 ]+ gaz carbonique3CO2 _→ magnésite3MgCO3 _+ silice2SiO2 _+ l’eau2H 2 O

( Réaction 2 )

Mg-olivine3Mg 2 SiO 4+ silice2SiO2 _+ l’eau4H 2 O→ serpentin2Mg 3 [Si 2 O 5 (OH) 4 ]

( Réaction 3 )

Fe-olivine3Fe 2 SiO 4+ l’eau2H 2 O→ magnétite2Fe 3 O 4+ silice3SiO2 _+ hydrogène2H 2

( Réaction 4 )

^[88]

Cadres imidazolates zéolithiques

Les charpentes d’imidazolate zéolithiques sont un puits de dioxyde de carbone à charpente organométallique qui pourrait être utilisé pour empêcher les émissions industrielles de dioxyde de carbone de pénétrer dans l’ atmosphère . ^[89]

Tendances des performances des éviers

Les contributions cumulées au budget mondial du carbone depuis 1850 illustrent le déséquilibre entre les composants source et puits, provoquant une augmentation de près de 50 % de la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. ^[90]

Une étude de 2009 a révélé que la fraction des émissions de combustibles fossiles absorbée par les océans peut avoir diminué jusqu’à 10 % depuis 2000, indiquant que la séquestration océanique peut être sous-linéaire. ^[91] Une autre étude de 2009 a révélé que la fraction de CO ₂ absorbée par les écosystèmes terrestres et les océans n’a pas changé depuis 1850, indiquant une capacité non diminuée. ^[92]

Une étude réalisée en 2020 a révélé que 32 forêts tropicales saisonnières brésiliennes non amazoniennes suivies sont passées d’un puits de carbone à une source de carbone en 2013 et conclut que « des politiques sont nécessaires pour atténuer les émissions de gaz à effet de serre et pour restaurer et protéger les forêts tropicales saisonnières ». ^{[93] [94]}

Le GIEC a noté que les océans et la végétation absorberont progressivement une plus petite fraction des émissions de CO ₂ et, en retour, créeront un déficit d’absorption plus important. ^[95]

Une tendance émergente est l’utilisation de l’agriculture conservatrice ou régénératrice. Selon Project Drawdown, l’agriculture régénérative pourrait absorber 9,43 à 13,4 gigatonnes de CO ₂ entre 2020 et 2050. Cela contribuera énormément à la performance des puits. ^[96]

Voir également

• Portail de l’énergie

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• Biochar
• Bioénergie avec captage et stockage du carbone
• La capture et le stockage du carbone
• Cycle du carbone
• Séquestration du carbone dans les écosystèmes terrestres
• Puits et absorption de carbone pour l’atténuation du changement climatique
• Réseau de recherche Fluxnet-Canada , initiative de recherche sur le puits de carbone post-perturbation forestière

Sources

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Liens externes

• Programme de technologies de capture et de séquestration du carbone au MIT