Une nouvelle méthode vérifie le captage du carbone dans le béton

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Le captage du carbone est essentiel pour réduire l’impact des émissions humaines de dioxyde de carbone sur notre climat. Des chercheurs de l’Université de Tokyo et de l’Université de Nagoya au Japon ont développé une méthode permettant de confirmer si le carbone présent dans le béton provient des matières premières ou du carbone de l’air qui a été piégé lorsqu’il réagit avec le béton pour former le carbonate de calcium minéral. En mesurant le rapport de certains isotopes du carbone dans le béton qui avait été exposé à l’air et dans le béton qui ne l’avait pas été, l’équipe a pu vérifier avec succès que la capture directe du carbone dans l’air avait eu lieu. Cette méthode pourrait être utile au secteur industriel et aux pays cherchant à compenser leurs émissions de carbone.

2023 est en passe de devenir l’année la plus chaude jamais enregistrée. Les récoltes de riz ont flétri au Japon et les routes ont fondu aux États-Unis. Malgré les accords internationaux et les appels à l’action, les émissions de gaz à effet de serre provenant des combustibles fossiles ont continué d’augmenter. Si nous voulons empêcher la planète de franchir le seuil critique d’une augmentation de la température de 2 degrés Celsius d’ici 2100 (par rapport aux niveaux préindustriels), nous devons faire davantage. Selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat des Nations Unies, la réduction et la prévention de nouvelles émissions ne suffisent pas à elles seules. Nous devons également éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère si nous voulons atteindre notre objectif.

La capture directe de l’air (DAC) extrait le dioxyde de carbone de l’air à l’aide de produits chimiques ou de processus physiques. L’augmentation de l’utilisation des technologies DAC fait partie du scénario d’émissions nettes zéro de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), une série de méthodes proposées pour permettre au secteur énergétique mondial d’éliminer autant de dioxyde de carbone (CO2) telles qu’elles émettent d’ici 2050. Selon l’AIE, l’industrie était responsable d’un quart du CO2 du système énergétique mondial.2 émissions de CO2 en 2022. Le ciment est le deuxième produit industriel le plus utilisé (après l’eau) et il a un impact environnemental élevé.

« Jusqu’à 800 kilogrammes de CO2 est émis par tonne de ciment lors de sa production, la réduction des émissions est donc devenue un enjeu important dans l’industrie du béton », a expliqué le professeur Ippei Maruyama du département d’architecture de la Graduate School of Engineering de l’Université de Tokyo. « Le béton est connu depuis longtemps pour réagir avec le CO2 dans l’air pour former du carbonate de calcium, 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. »

Bien que problématique pour la construction, la réaction qui provoque la formation de carbonate de calcium fixe ou piège le CO2, éliminant le gaz de l’atmosphère. Le carbonate de calcium se trouve également naturellement dans les roches, comme le calcaire, utilisées dans la fabrication du béton. « Cela rend difficile de distinguer si le CO2 identifié dans le béton a été fraîchement extrait de l’air ou provient de roches », a déclaré Maruyama. « Nous avons donc développé une méthode pour vérifier cela, qui pourrait être utilisée pour déterminer si le béton produit peut être certifié comme compensatoire de CO.2 émissions. »

Les chercheurs ont réalisé l’étude en préparant des échantillons de pâte de ciment hydratée comme réplique en béton. Après s’être suffisamment hydratés, ils broyaient l’échantillon de pâte en poudre, gardant la poudre non exposée contenue et laissant la poudre exposée ouverte à l’air. Après sept et 28 jours, ils ont dissous la poudre dans de l’acide pour collecter le gaz et, à l’aide d’une technique appelée spectrométrie de masse par accélérateur, ont analysé le rapport de plusieurs isotopes du carbone (atomes ayant les mêmes propriétés chimiques mais des propriétés physiques différentes), à savoir le carbone 12, le carbone -13 et carbone-14. Cela a permis à l’équipe d’évaluer d’où provenait le carbone et s’il était déjà présent dans les matières premières, car les ratios de carbone reflétaient la proportion connue d’isotopes du carbone dans l’air au moment où le gaz était scellé.

Les chercheurs souhaitent ensuite appliquer cette méthode en laboratoire à des sites réels et tester comment les différentes quantités de matières premières utilisées dans la production locale de béton peuvent affecter les résultats. « La fixation du dioxyde de carbone de l’air est certifiée comme un acte de compensation des émissions de CO2 émissions, il est donc économiquement intéressant en termes d’échange de droits d’émission. L’extraction de carbonate de calcium pour l’utiliser dans le béton ne l’est pas, la distinction est donc très importante et cette recherche peut contribuer à soutenir un marché sain », a déclaré Maruyama. « Nous pensons que la neutralité carbone et une économie circulaire dans le secteur de la construction sont essentielles pour notre avenir, en particulier au Japon où cette industrie a un rôle à jouer dans le soutien à la continuité des activités et à la reprise après des catastrophes naturelles. »

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