Climeworks intensifie le captage direct de l'air pour atténuer le changement climatique

Comment fonctionne la technologie DAC de Climeworks et comment élimine-t-elle le CO2 de l'air ?

Le dioxyde de carbone est le gaz à effet de serre qui a le plus contribué au changement climatique et qui perdure dans l'atmosphère pendant des milliers d'années. Grâce à sa technologie, Climeworks élimine les émissions historiques et résiduelles de CO₂ de l'air, qui peuvent ensuite être stockées de manière sûre et permanente dans le sous-sol. Avec cette méthode, le CO₂ éliminé ne contribuera plus au réchauffement climatique.  

Le DAC est l'un des meilleurs moyens d'éliminer les quantités excessives de CO₂ de l'atmosphère terrestre. Les collecteurs de CO₂ de Climeworks capturent le dioxyde de carbone dans un processus en deux étapes:

1. Tout d'abord, l'air est aspiré dans le collecteur à l'aide d'un ventilateur. Le dioxyde de carbone est capturé à la surface d'un matériau filtrant hautement sélectif qui se trouve à l'intérieur des collecteurs ("adsorption").
2. Ensuite, une fois que le matériau filtrant est rempli de dioxyde de carbone, le collecteur est fermé. Le matériau filtrant est alors chauffé à environ 100 °C - ce qui libère le dioxyde de carbone ("désorption"), qui peut être collecté avec une concentration élevée.    

 
Qu'est-ce qui rend Climeworks unique par rapport aux autres sociétés qui utilisent le DAC ? Climeworks utilise exclusivement de l'énergie renouvelable ou de l'énergie provenant de déchets pour alimenter ses usines et le CO₂ capturé dans l'air ne sera jamais utilisé pour extraire des combustibles fossiles. Ils vendent aussi strictement la suppression nette de carbone de leurs usines, ce qui signifie qu'ils compensent les (très faibles) émissions grises de 10 % qui sont causées par leurs usines. 

De multiples analyses du cycle de vie ont été réalisées sur leur technologie avec des partenaires indépendants (par exemple, cette étude de l'université RWTH Aachen), qui confirment que sur toute sa durée de vie (y compris la construction, les opérations et le recyclage), une centrale Climeworks typique réémet moins de 10 % du dioxyde de carbone qu'elle capture en utilisant de l'électricité à faible teneur en carbone. Cela signifie que sur 100 tonnes de CO₂ capturées, seules 10 tonnes sont réémises.   

Orca est la dernière installation de Climeworks et la première usine de CED+S à grande échelle au monde à être exploitée commercialement. Orca porte l'élimination du dioxyde de carbone à un niveau supérieur : elle combine la technologie de captage direct dans l'air de Climeworks avec le stockage souterrain du dioxyde de carbone, qui est réalisé par la société islandaise Carbfix. Avec une capacité nominale de capture de 4 000 tonnes de dioxyde de carbone par an, il s'agit de la plus grande installation de Climeworks à ce jour. Orca est situé à proximité de la centrale géothermique de Hellisheiði en Islande, qui fournit à Orca et aux sites d'injection de CO2 de Carbfix l'énergie renouvelable nécessaire au fonctionnement du procédé DAC+S. Grâce à la minéralisation naturelle, le dioxyde de carbone réagit avec la roche basaltique et se transforme en pierre en quelques années. Il est ainsi définitivement éliminé de l'atmosphère pendant des milliers d'années.

L'usine a été modélisée entièrement, y compris son environnement et les bâtiments extérieurs, sur laquelle ont été appliquées les méthodes de CFD les plus récentes. Une approche multiphase, considérant la différence de concentration en CO² de l'air filtré et de l'air ambiant proche, a été mise en œuvre. En outre, des modèles simplifiés comprenant la caractéristique de débit du ventilateur couplée à un "modèle de perte de source de momentum" reproduisant les pertes de pression à l'intérieur des filtres ont été utilisés. Ce type de modélisation étendu permet de mieux comprendre le comportement global de l'écoulement autour de l'installation à grande échelle et le comportement des pertes locales, qui sont tous deux cruciaux pour les prédictions de performance et les caractéristiques de fonctionnement. Une optimisation axée sur les performances peut être effectuée pour éviter la recirculation de l'air déjà filtré dans l'installation ou la réduction du débit volumétrique au niveau des ventilateurs, en raison des effets du vent ou de la disposition de l'installation.

Nathalie Casas (responsable de la technologie chez Climeworks) confirme que les simulations permettent une évaluation rapide des concepts, ce qui accélère et soutient toute la phase de conception et du développement du DAC. Elles permettent également d'obtenir des informations détaillées, qui sont très difficiles à obtenir avec d'autres méthodes. L'optimisation de la conception peut être beaucoup plus étendue si les activités expérimentales sont complétées par la simulation. Les chances d'optimiser davantage les technologies et les processus sont alors plus grandes. Par exemple, la conception du filtre peut être optimisée sur le plan aérodynamique afin d'accroître l'efficacité énergétique de l'application. La simulation a permis d'effectuer des recherches qui, autrement, n'auraient pu être réalisées que difficilement ou même pas du tout. Ces informations sont très utiles dans le Cadre du processus de mise à l'échelle de ces installations.   

Enfin, le processus d'adsorption d'Orca, la distribution de la chaleur et la résistance mécanique de la structure ont été améliorés par rapport à la première génération de la technologie DAC de Climeworks. En outre, la distribution du flux d'aujourd'hui est encore améliorée sur la base des données réelles recueillies, afin de valider l'ancien modèle et de l'améliorer. Aujourd'hui, grâce à la simulation, les DAC sont conçues pour être modulaires et rapidement installés. Chaque nouvelle installation construite renforce le leadership de Climeworks. 

La combinaison gagnante entre simulation et compétences humaines   

Chez CADFEM, nous savons que la simulation c’est plus qu'un logiciel. Par conséquent, le plus grand défi est toujours l'utilisateur derrière le logiciel : le succès dépend principalement de l'utilisateur, de ses compétences et de sa formation. CADFEM aide toujours les entreprises à élever le niveau des utilisateurs pour utiliser efficacement les outils de simulation. Markus Dutly (CEO de CADFEM (Suisse) AG) dit : "c'est une grosse erreur de penser que les fonctionnalités du logiciel vont résoudre votre problème. La simulation comporte des risques, mais les bénéfices qu’elle apporte font passer de la moyenne et l’excellence, à condition que l'utilisateur possède les bonnes compétences ou est prêt à les acquérir".

La société Climeworks a été fondée par Christoph Gebald et Jan Wurzbacher en 2009. Ils se sont rencontrés lors de leur premier jour d'université à l'ETH Zurich et sont rapidement devenus amis. Partageant une passion pour les sports de plein air dans les Alpes suisses, ils ont été témoins des effets dramatiques du changement climatique. Choqués par le recul des glaciers, ils ont décidé d'utiliser leurs compétences d'ingénieurs pour développer une technologie permettant de lutter contre le changement climatique : le captage direct de l'air.  Parallèlement, Markus Dutly, CEO de CADFEM (Suisse) AG, nous raconte toute l'histoire de la relation entre Climeworks et CADFEM. "J'ai rencontré Christoph Gebald plusieurs années avant qu'il ne fonde Climeworks. Il était étudiant au lycée. A cette époque, CADFEM avait lancé un concours étudiant sur la méthode des éléments finis (FEM) - et le gagnant était Christoph Gebald. Le prix de 500 € a été remis à Christoph lors de notre conférence clients en Allemagne. J'ai eu l'occasion de le féliciter. Plus tard, Christoph a décidé d'étudier à l'ETH Zurich et le premier jour de ses études, il a rencontré Jan Wurzbacher. Plusieurs années plus tard, j'ai appris qu'ils avaient fondé Climeworks et j'ai invité Christoph à la conférence suisse des clients. Au cours du déjeuner, il m'a dit que l'investisseur principal s'était retiré et j'ai fixé un rendez-vous avec Christoph plus tard. C'est là que j'ai rencontré Jan pour la première fois. Ils m'ont expliqué le principe de l'adsorption du CO₂, qu'ils ont découvert pendant leur thèse de maîtrise. Malgré leur jeune âge, j'ai été très impressionné par leur niveau de professionnalisme et par la manière dont ils ont communiqué leur idée et la vue d'ensemble de manière convaincante."   

Markus Dutly, CEO de CADFEM (Suisse) AG, déclare : "Les créateurs font toujours la différence. Ces personnes intelligentes ont une vision, avec la capacité de libérer une grande énergie et de la communiquer aux autres."

Le programme Ansys pour les startups est conçu pour donner aux jeunes entreprises les meilleurs outils pour développer leurs produits avec de faibles investissements financiers. Les startups éligibles auront accès aux outils de simulation d'Ansys qui les aideront à construire des prototypes virtuels qui réduiront le nombre de prototypes physiques nécessaires, ce qui permettra de gagner du temps et de l'argent. 

Markus Dutly (PDG de CADFEM (Suisse) AG) souhaite jouer un rôle actif dans le développement de nouvelles entreprises, notamment celles qui peuvent avoir un impact positif sur notre avenir. C'est pourquoi il dit : "nous sommes fiers que de nombreuses startups fassent partie de nos clients. Nous soutenons tous nos clients avec un engagement total et leur apportons notre savoir-faire en matière de simulation. Nous ne faisons pas de différence dans nos services entre une grande entreprise et une petite startup. Nous avons également investi dans certaines startups à un stade précoce parce que nous croyons en leur vision. Au-delà des logiciels et du soutien financier, elles s'appuient également sur notre expérience du secteur et sur notre savoir-faire et nos meilleures pratiques en matière de simulation avancée. Nous pensons que cela fait une grande différence. Et les startups sont l'avenir du pays, elles offrent des emplois passionnants, des modèles d'entreprise à l'épreuve du temps et des produits innovants. Avec notre engagement envers les startups, nous contribuons également à renforcer l'économie."  

Nathalie Casas (responsable de la technologie chez Climeworks) considère CADFEM comme un partenaire clé avec des services de haute qualité fournis par des experts et des personnes ouvertes d'esprit. Elle déclare : "Malgré un professionnalisme incomparable, nous avons une relation amicale avec l'équipe de CADFEM. CADFEM nous a aidé à développer un meilleur produit en utilisant les meilleures solutions et les plus abordables. Avec CADFEM nous trouvons tous les services dont nous avons besoin tels que les formations, le conseil, l'informatique, l'adaptation du logiciel à nos besoins, le support avancé et les meilleures pratiques sur l'utilisation du logiciel."