Par une chaude journée d’août, Caleb Woodall a brandi sa pelle comme une lance, la poignardant dans la croûte durcie d’une fosse remplie d’amiante près de Coalinga, en Californie.

Woodall, un étudiant diplômé du Worcester Polytechnic Institute dans le Massachusetts, prélevait des échantillons d’une mine d’amiante fermée depuis 1980, un site Superfund situé sur le plus haut sommet de la chaîne Diablo de l’État. Il a extrait des kilos de matériau de plusieurs endroits à travers la montagne de San Benito, les a pelletés dans des sacs Ziploc et les a expédiés à deux laboratoires pour analyse.

Lui et ses collègues tentent de déterminer la composition et la structure des matériaux extraits des fosses, et de répondre à deux questions cruciales: combien de dioxyde de carbone contiennent-ils et combien pourraient-ils stocker de plus?

La vaste superficie de certains types d’amiante fibreux, une classe de composés cancérigènes autrefois très utilisés dans les matériaux de construction résistants à la chaleur, les rend particulièrement efficaces pour saisir les molécules de dioxyde de carbone dissoutes dans l’eau de pluie ou flottant dans l’air.

Cela inclut la forme la plus courante d’amiante, le chrysotile, un minéral serpentin lacé dans toute la montagne (la serpentine est la roche de l’État de Californie). La réaction avec le dioxyde de carbone produit principalement des minéraux de carbonate de magnésium comme la magnésite, un matériau stable qui pourrait emprisonner le gaz à effet de serre pendant des millénaires.

Woodall et sa conseillère Jennifer Wilcox, chercheuse sur l’élimination du carbone, font partie d’un nombre croissant de scientifiques qui explorent des moyens d’accélérer ces réactions autrement lentes dans l’espoir d’utiliser les déchets miniers pour lutter contre le changement climatique. C’est une astuce pratique pour capturer le carbone qui peut également fonctionner avec les sous-produits riches en calcium et en magnésium de l’extraction du nickel, du cuivre, du diamant et du platine.

L’espoir initial est de compenser les importantes émissions de carbone provenant de l’exploitation minière elle-même en utilisant ces minéraux déjà extraits dans le processus. Mais le véritable espoir est que ces premiers travaux leur permettront de comprendre comment déterrer efficacement et à moindre coût des minéraux, y compris potentiellement de l’amiante, spécifiquement dans le but de retirer de grandes quantités de gaz à effet de serre de l’atmosphère.

«La décarbonisation des mines au cours de la prochaine décennie nous aide simplement à renforcer la confiance et le savoir-faire pour exploiter réellement les mines à des fins d’émissions négatives», déclare Gregory Dipple, professeur à l’Université de la Colombie-Britannique et l’un des principaux chercheurs dans ce domaine émergent. champ.

Accélérer un cycle très lent

Le panel sur le climat de l’ONU a constaté que tout scénario qui ne réchauffe pas la planète de plus de 1,5 ° C nécessitera presque l’élimination des émissions d’ici le milieu du siècle, ainsi que l’élimination de 100 à 1 billion de tonnes métriques de dioxyde de carbone de l’air ce siècle. Maintenir le réchauffement en dessous de 2 ° C pourrait nécessiter d’aspirer 10 milliards de tonnes par an d’ici 2050 et 20 milliards par an d’ici 2100, selon une étude des académies nationales.

C’est une quantité tellement énorme que nous devrons presque certainement utiliser une variété de méthodes pour nous rapprocher, y compris la plantation d’arbres et l’augmentation de l’absorption de carbone dans les sols agricoles. La promesse particulière d’utiliser des minéraux pour réduire le dioxyde de carbone est que cela peut être fait à grande échelle – et le stockerait effectivement pour toujours.

collecte de minéraux
Caleb Woodall dépose des échantillons d’amiante dans un sac Ziplock pour une analyse ultérieure.

ROGER AINES, LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LAB

La minéralisation est déjà le principal mécanisme utilisé par la nature dans le soi-disant «cycle lent du carbone». Le dioxyde de carbone contenu dans l’eau de pluie dissout les roches basiques, produisant du magnésium, du calcium et d’autres composés qui pénètrent dans les océans. Là, la vie marine convertit les matériaux en coquilles et squelettes qui finissent par se transformer en calcaire et autres types de roches.

Il y a plus qu’assez de minéraux pour attacher tout le dioxyde de carbone que nous avons émis et plus encore. Le problème est que la grande majorité est enfermée dans de la roche solide qui n’entre pas en contact avec le gaz à effet de serre. Même lorsqu’ils sont exposés dans des affleurements rocheux, il faut beaucoup de temps pour que ces réactions se produisent.

Mais diverses interventions peuvent transformer le cycle lent naturel du carbone en un cycle plus rapide. Ceux-ci incluent des processus physiques comme le simple fait de déterrer les matériaux, de les broyer en particules plus fines et de les étaler en couches minces, ce qui augmente la surface réactive exposée au dioxyde de carbone. Il existe également des moyens d’accélérer les réactions chimiques en ajoutant de la chaleur ou des composés tels que des acides.

«Il s’agit de l’opportunité géante et inexploitée qui pourrait éliminer d’énormes quantités de CO2», déclare Roger Aines, responsable de la Carbon Initiative au Lawrence Livermore National Lab, qui a accompagné Woodall lors de la visite sur le terrain en Californie.

La bonne recette

Dipple explore une variété de façons de le faire.

Dans le cadre d’un projet pilote l’année dernière, financé par la société diamantifère De Beers et Ressources naturelles Canada, lui et ses collègues ont utilisé les résidus d’une mine des Territoires du Nord-Ouest du Canada pour piéger le dioxyde de carbone rejeté par un réservoir. Il s’agissait d’évaluer la possibilité d’utiliser des minéraux pour capturer et stocker le gaz du flux de fumée d’une centrale électrique.

L’équipe mène actuellement un essai sur le terrain pour une usine de nickel proposée en Colombie-Britannique. Ils ont placé les résidus de forage exploratoire dans des conteneurs assortis et mesurent les taux de réaction résultant de l’utilisation de différents additifs chimiques et procédés dans différentes conditions météorologiques. Mais ils s’attendent à ce que le simple fait d’ajouter de l’eau et de travailler efficacement les matériaux éliminera rapidement le dioxyde de carbone de l’air, formant un bloc solide pouvant être enterré.

Étant donné que l’exploitation proposée fonctionnerait principalement à l’énergie hydroélectrique, ils estiment que la mise en service de seulement 30% des résidus les plus réactifs des mines rendrait l’opération neutre en carbone. Utiliser environ 50% le rendrait négatif en carbone.

Mais tous les résidus miniers ne sont pas créés égaux. Dans un projet distinct, Wilcox et Woodall mènent des travaux sur le terrain dans une mine de platine, de palladium et de nickel au Montana, dans l’espoir de développer des moyens d’accélérer les réactions de capture du carbone avec des sous-produits moins qu’idéaux. Les principaux minéraux contenus dans les résidus sont les feldspaths plagioclases, qui retiennent le magnésium et le calcium dans une structure chimique serrée, ce qui les rend moins réactifs que les autres types de déchets miniers.

De retour au laboratoire, ils testent si l’application de chaleur et l’ajout de sels d’ammonium et de certains acides faibles peuvent briser les liaisons, libérant ainsi plus de calcium et de magnésium pour saisir le dioxyde de carbone.

«Si nous pouvons trouver une recette pour tous ces résidus, les opportunités pourraient exploser», dit Wilcox.

Prochaines étapes

Woodall explore des sites d’amiante car il espère en trouver un qui pourrait bien fonctionner pour un essai sur le terrain ultérieur afin d’évaluer les moyens d’accélérer l’absorption du carbone.

Les approches pourraient inclure l’épandage du matériau pour augmenter la surface réactive, le fonctionnement de ventilateurs qui augmentent la quantité d’air circulant sur l’amiante ou l’injection directe de dioxyde de carbone concentré dans les fosses à minéraux.

Au fil du temps, ces processus devraient former un mélange de roches et de saletés faiblement liées, principalement composées de carbonates de magnésium, de bicarbonate et de carbonate de calcium, qui pourraient simplement être laissés en place, dit Aines.

Mais est-il sécuritaire de souffler de l’air autour de l’amiante? Et de tels efforts nettoieraient-ils réellement ces sites toxiques?

Collection de minéraux près d'un étang.

ROGER AINES, LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LAB

Compte tenu des risques pour la santé de l’amiante, où – ou même si – les travaux ultérieurs auront lieu dépendra des décisions des conseils de surveillance scientifique et des responsables de la réglementation.

Il est possible qu’une certaine quantité d’amiante reste ou soit dispersée au cours des travaux, dit Aines. C’est l’un des éléments clés qui devraient être testés, ajoute-t-il.

C’est également pourquoi il est important d’effectuer un tel travail sur un site restreint et pourquoi toute recherche ou effort ultérieur à grande échelle devrait suivre des règles et des processus clairs pour travailler avec ces matériaux. Woodall souligne qu’ils prendraient toutes les précautions nécessaires, y compris la pulvérisation d’eau sur les matériaux pour empêcher l’amiante de flotter, ainsi que l’utilisation de capteurs pour surveiller les niveaux d’exposition.

Défis à venir

En fin de compte, les résidus miniers à eux seuls ne nous mèneront pas très loin.

Woodall estime qu’un site d’amiante au Vermont, avec environ 30 millions de tonnes de déchets, pourrait capter jusqu’à 12 millions de tonnes de dioxyde de carbone. Les mines produisent dans le monde suffisamment de sous-produits minéraux pour capturer près de 40 millions de tonnes de dioxyde de carbone par an, selon l’étude des National Academies.

Mais tout cela n’est qu’une infime partie des milliards de tonnes de dioxyde de carbone qui doivent être capturés pour lutter efficacement contre le changement climatique. Donc, se rapprocher de l’échelle nécessaire nécessitera de déterrer davantage de minéraux.

Woodall et Aines disent tous deux que cela pourrait inclure l’amiante, étant donné sa réactivité, si les essais sur le terrain montrent que le processus est efficace et sûr.

Mais cette idée ne manquera pas de susciter de sérieuses inquiétudes compte tenu des risques sanitaires posés par l’amiante. Et il existe de nombreuses autres options minérales, même si elles ne sont pas aussi idéales.

D’autres groupes de recherche et organisations à but non lucratif étudient déjà des moyens de mettre en œuvre des minéraux supplémentaires une fois qu’ils sont extraits, notamment: répandre de l’olivine broyée le long des plages ou saupoudrer de la poussière de basalte sur les terres agricoles pour absorber le dioxyde de carbone et aider à fertiliser les cultures.

L’exploitation de tout matériau à une échelle beaucoup plus grande, cependant, sera confrontée à un certain nombre de défis. L’exploitation minière elle-même est destructrice pour l’environnement. Toute l’énergie nécessaire pour extraire, broyer, distribuer et traiter les minéraux rongera les réductions d’émissions. Et il pourrait y avoir de sérieuses limites sur les terres disponibles, d’autant plus que la plupart des minéraux peuvent mettre des années à réagir avec le dioxyde de carbone.

Par exemple, éliminer 2,5 milliards de tonnes de CO2 par an à l’aide d’oxyde de magnésium nécessiterait une couche de 10 centimètres d’épaisseur (près de 4 pouces) couvrant environ 15000 kilomètres carrés (près de 5800 miles carrés), selon un article de Nature Communications en juillet. Cela équivaut à un peu plus de 5% du Nevada.

Mais la principale pierre d’achoppement est le coût. Wilcox dit qu’il peut coûter plus de 200 $ la tonne all-in, ce qui est beaucoup plus cher que la plantation d’arbres.

Il est possible que certains des matériaux puissent entrer dans des produits commerciaux, comme les granulats dans le béton, pour couvrir les coûts. Un certain niveau de compensations carbone volontaires, où les particuliers ou les entreprises paient pour équilibrer leurs propres émissions, pourrait également aider. Mais atteindre l’échelle de milliards de tonnes, estiment la plupart des observateurs, nécessitera des politiques publiques agressives qui imposeront des prix élevés à la pollution par le carbone ou créeront de généreuses incitations pour l’éliminer.

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