La zéolite, un matériau cristallin composé principalement d’aluminium, de silicium et d’oxygène, pourrait agir essentiellement comme une éponge pour absorber le méthane.
Les analyses établissent un plan pour accélérer le développement de l’élimination atmosphérique et modéliser la façon dont l’approche pourrait améliorer la santé humaine et avoir un effet démesuré sur la réduction des futures températures maximales.
Plus tôt ce mois-ci, le président Biden a exhorté d’autres pays à rejoindre les États-Unis et l’Union européenne dans un engagement à réduire les émissions de méthane. Deux nouvelles études dirigées par Stanford pourraient aider à ouvrir la voie en établissant un plan pour coordonner la recherche sur les technologies d’élimination du méthane et en modélisant comment l’approche pourrait avoir un effet démesuré sur la réduction des futures températures de pointe.
Les analyses, publiées le 27 septembre 2021, dans Transactions philosophiques de la Royal Society A, révèlent que la suppression d’environ trois ans d’émissions d’origine humaine du puissant gaz à effet de serre réduirait les températures de surface mondiales d’environ 0,21 degré Celsius tout en réduisant suffisamment les niveaux d’ozone pour éviter environ 50 000 décès prématurés par an. Les résultats ouvrent la porte à des comparaisons directes avec l’élimination du dioxyde de carbone – une approche qui a fait l’objet de beaucoup plus de recherches et d’investissements – et pourrait aider à façonner la politique climatique nationale et internationale à l’avenir.
« Le moment est venu d’investir dans les technologies d’élimination du méthane », a déclaré Rob Jackson, auteur principal du nouveau document sur le programme de recherche et auteur principal de l’étude de modélisation. Jackson est le professeur principal Michelle et Kevin Douglas d’énergie et d’environnement à l’École des sciences de la terre, de l’énergie et de l’environnement de Stanford.
Le cas de l’élimination du méthane
La concentration relative de méthane a augmenté plus de deux fois plus vite que celle de dioxyde de carbone depuis le début de la révolution industrielle. L’élimination du méthane de l’atmosphère pourrait réduire les températures encore plus rapidement que l’élimination du dioxyde de carbone seul, car le méthane est 81 fois plus puissant en termes de réchauffement du climat au cours des 20 premières années après sa libération, et environ 27 fois plus puissant sur un siècle. L’élimination du méthane améliore également la qualité de l’air en diminuant la concentration d’ozone troposphérique, à laquelle l’exposition cause environ un million de décès prématurés chaque année dans le monde en raison de maladies respiratoires.
Le graphique montre l’abondance moyenne mensuelle de méthane atmosphérique moyenne à l’échelle mondiale déterminée à partir de sites de surface marine depuis 1983. Crédit : NOAA
Contrairement au dioxyde de carbone, la majeure partie des émissions de méthane sont d’origine humaine. Les principaux coupables sont les sources agricoles telles que le bétail, qui émet du méthane dans l’haleine et le fumier, et les rizières, qui émettent du méthane lorsqu’elles sont inondées. L’élimination des déchets et l’extraction de combustibles fossiles contribuent également à des émissions substantielles. Les sources naturelles de méthane, y compris les microbes du sol dans les zones humides, représentent les 40 pour cent restants des émissions mondiales de méthane. Ils compliquent encore le tableau car certains d’entre eux, comme le dégel du pergélisol, devraient augmenter à mesure que la planète se réchauffe.
Bien que le développement de technologies d’élimination du méthane ne soit pas facile, les récompenses financières potentielles sont importantes. Si les prix du marché pour les compensations de carbone atteignent 100 $ ou plus par tonne au cours de ce siècle, comme le prédisent la plupart des modèles d’évaluation pertinents, chaque tonne de méthane extraite de l’atmosphère pourrait alors valoir plus de 2 700 $.
Envisager les impacts de l’élimination du méthane
L’étude de modélisation utilise un nouveau modèle développé par le service météorologique national du Royaume-Uni (connu sous le nom de UK Met Office) pour examiner les impacts potentiels de l’élimination du méthane tout en tenant compte de sa durée de vie plus courte que le dioxyde de carbone – un facteur clé car une partie du méthane éliminé aurait disparu de toute façon. Les chercheurs ont créé un ensemble de scénarios en faisant varier soit la quantité retirée, soit le moment de l’élimination pour généraliser leurs résultats sur un large éventail de trajectoires d’émissions futures réalistes.
Dans un scénario d’émissions élevées, l’analyse a montré qu’une réduction de 40 % des émissions mondiales de méthane d’ici 2050 entraînerait une réduction de la température d’environ 0,4 degré Celsius d’ici 2050. Dans un scénario d’émissions faibles où la température culmine au 21e siècle, l’élimination du méthane de la même amplitude pourrait réduire le pic de température jusqu’à 1 degré Celsius.
“Ce nouveau modèle nous permet de mieux comprendre comment l’élimination du méthane altère le réchauffement à l’échelle mondiale et la qualité de l’air à l’échelle humaine”, a déclaré l’auteur principal de l’étude de modélisation et co-auteur du programme de recherche Sam Abernethy, doctorant en physique appliquée qui travaille dans le laboratoire de Jackson. .
De la recherche au développement
La voie à suivre pour parvenir à ces améliorations du climat et de la qualité de l’air reste incertaine. Pour le mettre en évidence, le document sur le programme de recherche compare et contraste les aspects de l’élimination du dioxyde de carbone et du méthane, décrit une gamme de technologies pour l’élimination du méthane et décrit un cadre pour coordonner et accélérer son intensification. Le cadre aiderait à faciliter une analyse plus précise des facteurs d’élimination du méthane, allant des simulations spécifiques à l’emplacement aux interactions potentielles avec d’autres approches d’atténuation du changement climatique.
Le méthane est difficile à capter de l’air car sa concentration est si faible, mais les technologies en plein essor – telles qu’une classe de matériaux cristallins appelés zéolites capable d’absorber le gaz – tiennent la promesse d’une solution, selon les chercheurs. Ils plaident pour une recherche accrue sur le coût, l’efficacité, la mise à l’échelle et les besoins énergétiques de ces technologies, les obstacles sociaux potentiels au déploiement, les co-bénéfices et les éventuels sous-produits négatifs.
“L’élimination du dioxyde de carbone a reçu des milliards de dollars d’investissements, avec des dizaines d’entreprises formées”, a déclaré Jackson. “Nous avons besoin d’engagements similaires pour l’élimination du méthane.”
Les références:
« Retrait du méthane atmosphérique : un programme de recherche » par Robert B. Jackson, Sam Abernethy, Josep G. Canadell, Matteo Cargnello, Steven J. Davis, Sarah Féron, Sabine Fuss, Alexander J. Heyer, Chaopeng Hong, Chris D. Jones, H. Damon Matthews, Fiona M. O’Connor, Maxwell Pisciotta, Hannah M. Rhoda, Renaud de Richter, Edward I. Solomon, Jennifer L. Wilcox et Kirsten Zickfeld, 27 septembre 2021, Transactions philosophiques de la Royal Society A.
DOI : 10.1098 / rsta.2020.0454
« Retrait du méthane et réductions proportionnelles de la température de surface et de l’ozone » par S. Abernethy, FM O’Connor, CD Jones et RB Jackson, 27 septembre 2021, Transactions philosophiques de la Royal Society A.
DOI : 10.1098 / rsta.2021.0104
Jackson est également senior fellow au Stanford Woods Institute for the Environment et au Precourt Institute for Energy et président du Global Carbon Project. Les coauteurs du document sur le programme de recherche incluent Josep Canadell du Global Carbon Project; Matteo Cargnello, professeur adjoint de génie chimique à Stanford, Steven Davis et Chaopeng Hong de l’Université de Californie à Irvine ; Sarah Féron, boursière postdoctorale en science du système Terre à Stanford au moment de la recherche ; Sabine Fuss de Humboldt Universität en Allemagne ; Alexander Heyer et Hannah Rhoda, doctorants en chimie à Stanford ; et Edward Solomon, professeur de sciences humaines Monroe E. Spaght à Stanford et professeur de science des photons au SLAC National Accelerator Laboratory ; Maxwell Pisciotta et Jennifer Wilcox de l’Université de Pennsylvanie; H. Damon Matthews de l’Université Concordia à Montréal; Renaud de Richter de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier en France ; Kirsten Zickfeld de l’Université Simon Fraser au Canada. Les coauteurs des deux articles sont Fiona O’Connor et Chris Jones du Met Office Hadley Centre.
Les deux articles ont été financés par le programme Environmental Venture Projects du Stanford Woods Institute for the Environment, la Fondation Gordon et Betty Moore, le Conseil national de recherches en sciences et en génie du Canada et le programme climatique conjoint UK BEIS/Defra Met Office Hadley Centre. Le document dirigé par Sam Abernethy a également été financé par le Stanford Data Science Scholars Program et le projet Horizon 2020 Crescendo de l’Union européenne.