L'hydrogénation, une voie de valorisation possible pour le dioxyde de carbone. Capture géologique du dioxyde de carbone

Diminuer les émissions de gaz carbonique constitue l'un des défis majeurs du XXI^è siècle. Si aujourd'hui une faible quantité ( 0,5 %) des émissions de CO₂ issu des activités humaines est valorisée au niveau mondial, certains experts estiment que la valorisation du CO₂ pourrait à terme absorber annuellement jusqu'à 5 à 10 % des émissions mondiales.

Traitement du dioxyde de carbone.

Document 3 : l'hydrogénation, une voie de valorisation du dioxyde de carbone.
Actuellement le CO₂ est valorisé soit de manière directe, par exemple en étant utilisé comme gaz réfrigérant, soit de manière indirecte. Le CO₂ est alors converti en un autre produit industriel. L'hydrogénation du CO₂ ( réaction avec le dihydrogène et production d'eau dite réaction de Sabatier ) est la voie de conversion la plus étudiée. Elle peut conduire directement à la formation d'alcools, d'hydrocarbures... C'est ainsi que les synthèse du méthanol, de l'éthanal CH₃-CH sont souvent envisagées, de même que la réaction qui mêne au méthane. Cette dernière implique toutefois une plus large consommation de dihydrogène.
Document 4 : unité de production de méthane au Japon.
L'un des grans groupes pétroliers - BP- et l'université tchnologique de Tohoku développent, depuis 2003 une unité pilote de production de méthane à partir du CO₂ industriel et du dihydrogène produit par électrolyse de l'eau de mer. Cette électrolyse est alimentée par de l'énergie solaire.
l'unité consomme 4 m³/h de dihydrogène et 1 m³/h de CO₂ pour produire 1 m³/h de méthane. A l'heure actuelle le méthane produit n'est pas utilisé industriellement mais pourrait être utilisé comme combustible pour produire de l'électricité ou comme carburant pour les véhicules.
La production d'électricité avec ce méthane serait préférable, elle permettrait le recyclage des émissions de CO₂ ; alors que l'utilisation du méthane comme carburant pour véhicule n'autoriserait pas ce recyclage car les émissions de CO₂ sont diffuses.
D'après le rapport de l'ADEME - panorama sur les valorisations du CO₂, juin 2010.

Donnés énergétiques : énergie nécessaire pour :
- réaliser l'électrolyse de l'eau afin de fabriquer 1,0 m³ de dihydrogène : 20,0 MJ ;
- capturer et stocker 1,0 m³ de dioxyde de carbone industriel : 8,0 MJ ;
- réaliser l'hydrogénation de 1,0 m³ de CO₂ suivant la réaction de Sabatier : 7,0 MJ.
Energie récupérable par la combustion de 1,0 L de méthane : 33,0 kJ.
Proposer trois pistes mises en oeuvre actuellement pour limiter l'émission de CO₂ dans l'atmosphère.
Limitation de l'utilisation des combustibles fossiles et éviter la déforestation.
Piègage du CO₂ dans le sous-sol profond.
Valorisation du dioxyde de carbone industriel.
Faire le bilan énergétique global de la production et de la combustion de 1 m³ de méthane obtenu par l'hydrogénation du CO₂.
Bilan pour une heure de production :
Fabrication de 4 m³ de dihydrogène : 80,0 MJ.
Capturer et stocker 1,0 m³ de dioxyde de carbone industriel : 8,0 MJ.
Réaliser l'hydrogénation de 1,0 m³ de CO₂ suivant la réaction de Sabatier : 7,0 MJ.
Total : 95 MJ dépensés.
Energie récupérée par la combustion de 1 m³ de méthane : 33,0 MJ.
Le bilan est négatif de : 95-33 =62 MJ.
Si l'électrolyse est alimentée à partir de l'énergie solaire :
Total : 15 MJ dépensés.
Energie récupérée par la combustion de 1 m³ de méthane : 33,0 MJ.
Le bilan est posittif de : 33-15 =18 MJ.
Mais la combustion du méthane produit du dioxyde de carbone.
Rédiger une synthèse argumentée répondant à la problématique suivante :
Quels sont les enjeux environnementaux et l'interêt énergétique de la valorisation du dioxyde de carbone ?

Le CO₂ est un des gaz contribuant à l'effet de serre. Le dioxyde de carbone joue un rôle majeur sur le climat de la terre.
L'augmentation de la demande énergétique ne permet pas actuellement de s'affranchir des énergies fossiles. L'effet des activités humaines sur le réchauffement climatique général de la terre est étudié depuis une vingtaine d'années. L'impact de l'émission de CO₂ sur l'acidification des milieux marins est beaucoup moins étudié. L'apport massif de CO₂ dans les océans entraine une diminution du pH des eaux : les coraux blanchissent, la coquille des organismes marins va devenir plus fine et plus fragile.
Les techniques visant à réduire les émissions de CO₂ concernent les sources concentrées ( centrales thermiques, sidérurgie, cimenteries). D'autres techniques visent à améliorer l'efficacité énergétique des procédés.
La valorisation du dioxyde de carbone permet sa transformation et rapporte de l'argent ; le stockage géologique n'élimine pas le CO₂ et coûte cher.
Sans transformation le dioxyde de carbone est utilisé en tant que solvant et réfrigérant.
En réagissant avec une autre espèce chimique, le dioxyde de carbone conduit à un produit à valeur énergétique plus grande que le CO₂.
Par la photosynthèse les algues conduisent à des produits de grand intérêt.