Des îles artificielles pour un transport mondial zéro carbone

Des chercheurs ont imaginé d'immenses îlots de panneaux solaires flottants capables de convertir le CO₂ de l'océan en méthanol, un carburant facile à transporter et susceptible d'alimenter tous les moyens de transport. Un concept révolutionnaire qui pose toutefois de sérieux défis techniques et économiques.

 

En 2016, le transport (route, bateau, train, avion) a généré 7,87 gigatonnes de CO₂, soit un quart des émissions mondiales. Or, malgré l'essor des véhicules et même des trains électriques, il est inenvisageable de faire voler un long courrier avec des batteries, bien trop lourdes. Dans ce cas, pourquoi ne pas produire un carburant dont les émissions carbone pourraient être entièrement compensées par un processus de fabrication captant le CO₂ émis ?

C'est la solution imaginée par des chercheurs de l'ETH Zurich, du Paul Scherrer Institute (PSI), de l'Empa, des universités de Zurich, Berne et du Norwegian University of Science and Technology (Nust) à Trondheim, qui proposent pour cela une solution originale : des milliers de plateformes flottantes équipées de panneaux solaires convertissant l'hydrogène et le CO₂ de l’eau de mer en méthanol. Pourquoi du méthanol ? C'est un carburant liquide, donc facile à transporter, et qui peut servir à de multiples usages : centrales à gaz, carburant pour voitures et avions ou en substitut au gaz naturel et aux hydrocarbures après conversion en éther méthylique.

Extraire le CO₂ et l’hydrogène de l’eau de mer pour produire du méthanol

Le procédé, décrit dans la revue PNAS du 3 juin 2019, se résume en quatre étapes :

• désalinisation de l'eau de mer par osmose (pour éviter de produire du chlore lors de l'électrolyse) ;
• électrolyse de l'eau en hydrogène et oxygène ;
• extraction du CO₂ de l'eau de mer ;
• hydrogénation catalytique du CO₂ en méthanol.

Les deux premières étapes seront assurées via la production d'énergie issue des panneaux solaires, qui disposeront de batteries permettant d'assurer une production en continu y compris pendant la nuit. Pour l'extraction du CO₂, les chercheurs ont imaginé un système de membrane sélective : l'eau est d'abord acidifiée afin de concentrer le CO₂ dissous puis catalysé avec l'hydrogène selon la réaction 3H₂ + CO₂ ? CH₃OH + H₂O grâce un catalyseur cuivre-zinc-aluminium. La synthèse du méthanol étant exothermique, il serait possible de récupérer une partie de la chaleur pour optimiser l'extraction du CO₂, avancent les chercheurs.

1,5 % des océans de la planète recouverts d’îles solaires

Au final, un cluster de 70 îles de 100 mètres de diamètre permettrait de produire 1,75 tonne de méthanol par heure. Il faudrait donc 170.000 clusters pour produire les 15.300 tonnes annuelles de méthanol nécessaires à l'alimentation du transport mondial, ont calculé les chercheurs. Un cluster couvrant environ 1 km² (dont la moitié de panneaux solaires), la surface totale serait équivalente à 170.000 km², soit 1,5 % de la totalité des océans du monde. Or, ces fameux clusters devront être localisés dans des zones suffisamment ensoleillées, pas trop exposées aux ouragans et aux vagues, et à proximité des côtes pour faciliter l'acheminement du méthanol par bateau. L'essentiel du potentiel se concentre donc vers le Brésil, l'Indonésie et l'Australie (voir carte ci-dessous).

Les îles devront être installées dans des eaux calmes et ensoleillées, à proximité des côtes. © Bruce D. Patterson et al, PNAS, 2019

Un coût exorbitant et des défis techniques

Sur le papier, le concept semble séduisant. Sauf que les défis techniques sont immenses. Un seul exemple : la catalyse du dioxyde de carbone en méthanol nécessite de très hautes températures et pressions. Or, lorsque la température est trop élevée, l'hydrogène et le carbone peuvent former du monoxyde de carbone, un gaz toxique. D'autres catalyseurs au gallium, zirconium ou ruthénium sont en test mais pas encore utilisables à grande échelle.

D'autre part, l'installation et l'entretien d'une telle surface de panneaux solaires semble à l'heure actuelle irréaliste. Enfin, le coût d'une telle installation est exorbitant : à 90 millions de dollars le cluster, on arrive à une somme faramineuse de plus de 15 milliards de dollars, à laquelle il faut ajouter le coût de production, équivalent à 54 $/MWh (48 €/MWh, ce qui correspond à peu près au coût du mégawattheure (MWh) de nucléaire installé). Même si cet immense archipel demeure donc à l'état de rêve, il a le mérite d'explorer un moyen de freiner le réchauffement climatique en combinant des technologies existantes.

Ce qu'il faut retenir

• Des chercheurs suisses ont imaginé des îles solaires pour fabriquer du méthanol à partir d’hydrogène et de CO₂ extraits de l’eau de mer.
• Le méthanol, qui servirait ensuite de carburant pour les différents modes de transport, verrait ainsi ses émissions de CO₂ compensées par la capture carbone lors de sa synthèse.
• Il faudrait cependant couvrir 1,5 % des océans du globe avec de telles îles pour compenser la totalité du transport.

Source : Des îles artificielles pour un transport mondial zéro carbone