Une nouvelle méthode pour confirmer le captage du carbone dans le béton

Une stratégie pour réduire les émissions de CO2 liées à la fabrication du béton consiste à séquestrer le CO2 atmosphérique dans des produits à base de ciment.

Une technique a été conçue par des chercheurs de l’Université de Tokyo et de l’Université de Nagoya au Japon pour vérifier si le carbone présent dans le béton provient des matières premières ou s’il est piégé dans l’air lors de la réaction qui forme le carbonate de calcium minéral avec le béton. L’équipe a confirmé que la capture directe du carbone dans l’air avait eu lieu en comparant le rapport des isotopes spécifiques du carbone dans le béton exposé à l’air et dans le béton qui ne l’était pas. Le secteur industriel et les pays souhaitant réduire leurs émissions de carbone pourraient trouver cette stratégie utile.

Le dioxyde de carbone est extrait de l’air à l’aide de méthodes physiques ou chimiques de capture directe de l’air (DAC). Le scénario d’émissions nettes nulles de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), qui propose diverses stratégies pour aider l’industrie énergétique mondiale à éliminer autant de dioxyde de carbone (CO2) qu’elle en émet d’ici 2050, comprend une utilisation accrue de la technologie DAC. En 2022, l’industrie représentait 25 % des émissions de CO2 du système énergétique mondial, selon l’AIE. Après l’eau, le ciment est le deuxième produit industriel le plus utilisé, même s’il a un impact négatif important sur l’environnement.

Le professeur Ippei Maruyama du département d’architecture de la Graduate School of Engineering de l’Université de Tokyo a déclaré : “Jusqu’à 800 kilogrammes de CO2 sont émis par tonne de ciment lors de sa production, la réduction des émissions est donc devenue un enjeu important dans l’industrie du béton.”

« On sait depuis longtemps que le béton réagit avec le CO2 de l’air pour former du carbonate de calcium, un phénomène indésirable car il induit la corrosion des barres d’acier à l’intérieur des structures en béton. Cependant, l’industrie du béton réfléchit désormais aux moyens d’utiliser efficacement cette réaction.»

Le processus qui forme le carbonate de calcium fixe ou piège le CO2, éliminant ainsi le gaz de l’environnement, bien qu’il soit gênant pour la construction. De plus, les roches nécessaires à la fabrication du béton, comme le calcaire, contiennent naturellement du carbonate de calcium.

Maruyama a dit : « Il est donc difficile de distinguer si le CO2 identifié dans le béton a été fraîchement extrait de l’air ou s’il provient de roches. Nous avons donc développé une méthode pour vérifier cela, qui pourrait être utilisée pour déterminer si le béton produit peut être certifié comme compensatoire des émissions de CO2.

Des échantillons de pâte de ciment hydraté ont été créés pour l’étude afin de reproduire le béton. Ils ont réduit l’échantillon de pâte en poudre une fois qu’il était suffisamment humide, scellant la poudre qui n’était pas exposée à l’air et laissant la poudre exposée découverte.

Ils ont utilisé une méthode connue sous le nom de spectrométrie de masse par accélérateur pour analyser le rapport de plusieurs isotopes du carbone, à savoir le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14, après sept et vingt-huit jours. Pour ce faire, ils ont dissous la poudre dans de l’acide pour récupérer le gaz.

Maruyama a dit : « La fixation du dioxyde de carbone présent dans l’air est certifiée comme un acte de compensation des émissions de CO2, elle est donc économiquement intéressante dans le cadre des échanges de droits d’émission. L’extraction de carbonate de calcium pour l’utiliser dans le béton ne l’est pas, la distinction est donc cruciale, et cette recherche peut contribuer à soutenir un marché sain.

« Nous pensons que la neutralité carbone et une économie circulaire dans le secteur de la construction sont essentielles à notre avenir, en particulier au Japon, où ce secteur a un rôle à jouer dans le soutien à la continuité des activités et à la reprise après des catastrophes naturelles. »

Référence du journal :

1. Zhenzhen Wang, Abudushalamu Aili, Masayo Minami et Ippei Maruyama, « Méthode de vérification de la capture directe de l’air par un matériau cimentaire utilisant des isotopes de carbone », Journal of Advanced Concrete Technology Vol. 21 934-941 : 22 novembre 2023, DOI : 10.3151/jact.21.934.