Des chercheurs inventent un « nettoyant au méthane » qui pourrait devenir un élément permanent dans les étables à bovins et porcins

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de Copenhague ont utilisé la lumière et le chlore pour éliminer de l’air le méthane à faible concentration. Le résultat nous rapproche de la capacité d’éliminer les gaz à effet de serre des bâtiments d’élevage, des usines de production de biogaz et des stations d’épuration des eaux usées, au profit du climat. L'ouvrage est publié dans la revue Lettres de recherche environnementale.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a déterminé que la réduction des émissions de méthane réduirait immédiatement la hausse des températures mondiales. Ce gaz est un gaz à effet de serre jusqu’à 85 fois plus puissant que le CO₂et plus de la moitié est émise par des sources humaines, la production de bétail et de combustibles fossiles représentant la plus grande part.

Une nouvelle méthode unique développée par une équipe de recherche du département de chimie de l'Université de Copenhague et par la société dérivée Ambient Carbon a réussi à éliminer le méthane de l'air.

“Une grande partie de nos émissions de méthane provient de millions de sources ponctuelles à faible concentration comme les étables et les porcheries. En pratique, le méthane provenant de ces sources est impossible à concentrer à des niveaux plus élevés ou à éliminer. Mais nos nouveaux résultats prouvent qu'il est possible en utilisant la chambre de réaction que nous avons construite”, explique Matthew Stanley Johnson, professeur de chimie atmosphérique à l'UCPH qui a dirigé l'étude.

Plus tôt, Johnson a présenté les résultats de la recherche à la COP 28 à Dubaï via une connexion en ligne et à Washington DC à la National Academy of Sciences, qui conseille le gouvernement américain en matière de science et de technologie.

Un réacteur nettoie le méthane de l'air

Le méthane peut être brûlé de l’air si sa concentration dépasse 4 %. Mais la plupart des émissions d’origine humaine sont inférieures à 0,1 % et ne peuvent donc pas être brûlées.

Pour éliminer le méthane de l'air, les chercheurs ont construit une chambre de réaction qui, pour le non-initié, ressemble à une boîte métallique allongée avec des tas de tuyaux et d'instruments de mesure. À l’intérieur de la boîte, une réaction en chaîne de composés chimiques a lieu, qui finit par décomposer le méthane et éliminer une grande partie du gaz de l’air.

“Dans l'étude scientifique, nous avons prouvé que notre chambre de réaction peut éliminer 58 % du méthane de l'air. Et, depuis la soumission de l'étude, nous avons amélioré nos résultats en laboratoire, de sorte que la chambre de réaction est désormais à 88 %.” dit Matthew Stanley Johnson.

Le chlore est la clé de la découverte. En utilisant le chlore et l’énergie de la lumière, les chercheurs peuvent éliminer le méthane de l’air beaucoup plus efficacement que dans l’atmosphère, où le processus prend généralement 10 à 12 ans.

“Le méthane se décompose à la vitesse d'un escargot parce que le gaz n'est pas particulièrement disposé à réagir avec d'autres éléments présents dans l'atmosphère. Cependant, nous avons découvert qu'avec l'aide de la lumière et du chlore, nous pouvons déclencher une réaction et décomposer le méthane. environ 100 millions de fois plus vite que dans la nature”, explique Johnson.

Prochaine étape : Étables d'élevage, stations d'épuration et installations de biogaz

Un conteneur maritime de 40 pieds arrivera bientôt au Département de chimie. Lorsque ce sera le cas, il deviendra un prototype plus grand de la chambre de réaction que les chercheurs ont construite en laboratoire. Il s'agira d'un « nettoyeur de méthane » qui, en principe, pourra être raccordé au système de ventilation d'une étable d'élevage.

“Les élevages d'aujourd'hui sont des installations de haute technologie où l'ammoniac est déjà éliminé de l'air. En tant que tel, éliminer le méthane via les systèmes de purification de l'air existants est une solution évidente”, explique le professeur Johnson.

Il en va de même pour les usines de biogaz et de traitement des eaux usées, qui comptent parmi les plus grandes sources d'émissions de méthane d'origine humaine au Danemark après la production bovine.

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. À plusieurs endroits, les chercheurs ont pu constater qu’une grande quantité de méthane s’échappe dans l’atmosphère à partir de ces centrales.

“Le Danemark est par exemple 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”, conclut Johnson.

La recherche a été menée en collaboration entre l'Université de Copenhague, l'Université d'Aarhus, Arla, Skov et la société dérivée de l'UCPH Ambient Carbon, désormais dirigée par le professeur Matthew Stanley Johnson. L'entreprise a été créée pour développer la technologie MEPS (Système photochimique d'éradication du méthane) et la mettre à la disposition de la société.

À propos de la méthode

Les chercheurs ont construit une chambre de réaction et mis au point une méthode qui simule et accélère considérablement le processus naturel de dégradation du méthane.

Ils ont surnommé cette méthode le système photochimique d’éradication du méthane (MEPS) et elle dégrade le méthane 100 millions de fois plus rapidement que dans la nature.

La méthode fonctionne en introduisant des molécules de chlore dans une chambre de réaction avec du méthane. Les chercheurs projettent ensuite une lumière UV sur les molécules de chlore. L'énergie de la lumière provoque la division des molécules et la formation de deux atomes de chlore.

Les atomes de chlore volent alors un atome d’hydrogène au méthane, qui se désagrège et se décompose. Le produit chloré (acide chlorhydrique) est capté puis recyclé dans la chambre.

Le méthane se transforme en dioxyde de carbone (CO₂) et du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H₂) de la même manière que le processus naturel dans l'atmosphère.

En savoir plus sur le méthane (CH₄)

Le méthane peut être brûlé pour l'éliminer de l'air, mais sa concentration doit être supérieure à 4 %, soit 40 000 parties par million (ppm), pour être inflammable. Comme la plupart des émissions d’origine humaine sont inférieures à 0,1 %, elles ne peuvent pas être brûlées.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a déterminé que la réduction des émissions de méthane réduirait immédiatement la hausse des températures mondiales.

Le méthane est un gaz à effet de serre émis naturellement, entre autres, par les zones humides et par des sources artificielles telles que la production alimentaire, le gaz naturel et les usines de traitement des eaux usées.

Aujourd’hui, le méthane est responsable d’un tiers des gaz à effet de serre qui affectent le climat et provoquent le réchauffement climatique.

Il faut 10 à 12 ans au méthane pour se décomposer naturellement dans l’atmosphère, où il est converti en dioxyde de carbone.

Sur 25 ans, le méthane est 85 fois pire pour le climat que le CO₂. Sur 100 ans, le méthane est 30 fois pire pour le climat que le CO₂.

La concentration de méthane dans l’atmosphère a augmenté de 150 % depuis le milieu des années 1700.

Le méthane à lui seul a augmenté l'exposition aux rayonnements anthropiques de 1,19 W/m²responsable d’une augmentation de 0,6°C de la température moyenne de l’air à la surface de la planète, selon le GIEC.