Une « chambre de réaction » anti-méthane destinée à réduire les émissions de GES provenant de l’élevage

22 décembre 2023 — Des scientifiques danois ont mis au point un système photochimique d’éradication du méthane (MEPS) qui utilise la lumière et le chlore pour éliminer le méthane à faible concentration de l’air. Avec une efficacité d’élimination de 58 % et une capacité de débit de 30 litres par minute, la technique serait capable d’éliminer les gaz à effet de serre (GES) des bâtiments d’élevage, de la production de biogaz et des usines de traitement des eaux usées.

Cette technologie intervient dans le cadre des efforts continus de l’industrie agroalimentaire pour lutter contre le changement climatique grâce à des initiatives telles que des solutions alimentaires anti-méthane, des bloqueurs de méthane, des additifs alimentaires, la génétique végétale et animale et des vaccins contre le méthane.

Malgré ces efforts, les émissions de GES n’ont cessé d’augmenter ces dernières années, les années 2021 et 2022 ayant connu les pics d’émissions de méthane les plus importants jamais enregistrés, selon la Fondation Climateworks et le Global Mthane Hub.

« Nous sommes sur la bonne voie pour dépasser la limite de 1,5 degré Celsius énoncée dans l’Accord de Paris. Ils disent que nous avons même déjà dépassé cette limite, à l’échelle mondiale, sur des périodes plus courtes », explique Matthew Stanley Johnson, professeur de chimie à l’Université de Copenhague au Danemark, qui a dirigé la recherche. Les ingrédients alimentaires d’abord.

« Le méthane pourrait être notre dernier meilleur espoir pour éviter de franchir d’importants points de basculement climatiques. »

Le résultats — publié dans la revue Lettres de recherche environnementale – ont été présentés virtuellement par Johnson lors de la COP28 récemment conclue à Dubaï, aux Émirats arabes unis, et à Washington DC, aux États-Unis, à la National Academy of Sciences, qui conseille le gouvernement américain en matière de science et de technologie.

Le piège à méthane
En guise d’enquête préliminaire pour cette étude, les chercheurs ont parcouru le pays pour mesurer la quantité de méthane qui s’échappe des étables, des stations d’épuration des eaux usées et des usines de biogaz.

« Le Danemark est un pionnier en matière de production de biogaz. Mais si seulement quelques pour cent du méthane issu de ce processus s’échappent, cela annule tout gain climatique », explique Johnson.

Près de 90 % des émissions de GES de l’agriculture danoise proviennent de l’élevage bovin et porcin, suggère l’analyse de Copenhagen Economics.Il ajoute que les émissions de méthane proviennent de millions de sources ponctuelles à faible concentration comme les étables à bétail et à porcs. Le méthane provenant de ces sources est « pratiquement impossible » à concentrer ou à éliminer à des niveaux plus élevés.

“Le méthane reste dans l’atmosphère pendant une décennie, bien moins longtemps que le dioxyde de carbone”, dit-il, ajoutant qu’en arrêtant ses sources, il peut être “éliminé” de l’atmosphère à court terme.

« De nombreuses émissions de méthane ne peuvent pas être arrêtées en colmatant une fuite, comme les rots de vaches, le stockage de la biomasse, le traitement des eaux usées et les décharges. Ce sont des sources diffuses à faible concentration. C’est là que nous intervenons.

Les chercheurs ont construit une chambre de réaction qui ressemble à une boîte métallique allongée avec des tas de tuyaux et des instruments de mesure pour éliminer le méthane de l’air. À l’intérieur de la boîte, une réaction en chaîne de composés chimiques a lieu, décomposant le méthane et éliminant une grande partie du gaz de l’air.

Mercredi, un conteneur maritime de 40 pieds est arrivé au département de chimie de l’université. Il s’agit d’un « prototype plus grand » de la chambre de réaction que les chercheurs ont construit en laboratoire et l’équipe y intégrera son système pour le test sur le terrain, nous ont-ils dit.

Le système est présenté comme un « nettoyeur de méthane », qui se connectera au système de ventilation d’une étable.

Les méthodes existantes ne suffisent-elles pas ?
L’étude prévient que malgré le besoin urgent, très peu de méthodes peuvent éliminer « efficacement » le méthane de l’air vicié à faible coût et en énergie par unité de volume.

« Il existe de nombreuses technologies pour capter et stocker le dioxyde de carbone, mais peu ou pas pour le méthane, notamment à faibles concentrations. Ce n’est pas parce que le méthane n’est pas important. Il a deux tiers de l’impact climatique du dioxyde de carbone et un effet de réchauffement climatique environ cent fois plus élevé en termes de masse », nous dit-il.

« Les propriétés chimiques du méthane sont très différentes. Avec le dioxyde de carbone, vous pouvez le dissoudre dans l’eau et le transformer en sel ou en minéral, le comprimer en un liquide et le faire adhérer à un catalyseur.

Le prototype de laboratoire de la technologie MEPS éliminerait le méthane de 58 % (Crédit image : Université de Copenhague).En revanche, le méthane ne se dissout pas dans l’eau, ne forme pas de sels ou de minéraux et rebondit sur les catalyseurs.

« Bien sûr, si le méthane est en concentration élevée, supérieure à 4,4 %, il peut être brûlé comme carburant. Malheureusement, la plupart des sources de méthane ont de faibles concentrations : les trois quarts d’entre elles ont une concentration inférieure à 1 000 ppm.

À l’inverse, en utilisant la lumière et le chlore, les scientifiques peuvent déclencher une réaction et décomposer le méthane « environ 100 millions de fois plus rapidement que dans la nature », explique Johnson.

« Voler » des atomes d’hydrogène
Les chercheurs utilisent des atomes de chlore, qui « recherchent » le méthane et lui volent un atome d’hydrogène, le laissant ouvert à la réaction avec l’oxygène atmosphérique.

«Nous capturons le produit de cette réaction, le chlorure d’hydrogène, recyclons le chlore et produisons un flux d’hydrogène pur à partir de l’hydrogène provenant du méthane», explique Johnson.

Dans l’étude scientifique, les scientifiques ont prouvé que leur chambre de réaction pouvait éliminer 58 % du méthane de l’air. Et, depuis la soumission de l’étude, ils affirment avoir amélioré les résultats du laboratoire pour les porter à 88 %.

« Nous avons trouvé des moyens d’augmenter l’efficacité de l’utilisation de la lumière dans notre photoréacteur. Il s’agit de faire en sorte que chaque photon compte, et pour ce faire, vous avez besoin de la bonne composition de gaz et des bons matériaux », explique Johnson.

Implications en matière de restauration
Les consommateurs prennent conscience des impacts climatiques de la viande et des produits laitiers, signale Johnson.

Les demandes des consommateurs en faveur d’aliments respectueux du climat sont en hausse.De plus, la demande d’aliments à faibles émissions de carbone ou sans carbone et respectueux du climat est en forte hausse.

« Le système MEPS peut être utilisé immédiatement pour réduire les émissions de GES de la production animale, ce qui a des impacts tout au long de la chaîne de valeur, du lait au fromage en passant par la production de chocolat et de viande. »

En tant que nouvelle technique de lutte contre les émissions de méthane, cette méthode susciterait une réaction positive du marché.

« La proposition de valeur est très simple : nous augmentons la valeur du produit agricole pour que le système s’amortisse », souligne Johnson.

« Nous bénéficions déjà du fort soutien d’Arla, la plus grande coopérative laitière d’Europe du Nord, qui est partenaire de notre projet. Tout indique qu’il existe une forte demande dans l’industrie.

Par Insha Naureen

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