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Dec 14, 2023

À l'intérieur du grand pari de Charm Industrial sur les tiges de maïs pour l'élimination du carbone

La startup a utilisé des matières végétales et de la bio-huile pour séquestrer des milliers de tonnes de

La startup a utilisé des matières végétales et de la bio-huile pour séquestrer des milliers de tonnes de carbone. La question est maintenant de savoir dans quelle mesure cette approche sera fiable, évolutive et économique.

Ces dernières semaines, une équipe d'employés d'une entreprise appelée Charm Industrial a travaillé en bordure des champs de maïs du Kansas, déplaçant des balles roulées de tiges, de feuilles, d'enveloppes et de glands jusqu'à une semi-remorque blanche.

À l'intérieur, un engin appelé pyrolyseur utilise des températures élevées en l'absence d'oxygène pour décomposer la matière végétale en un mélange de biochar et de bio-huile. Les premiers retourneront éventuellement dans les champs, ajoutant du carbone et des nutriments au sol.

Mais la société pompe le pétrole dans des puits profonds réglementés par l'EPA utilisés pour les déchets industriels ou dans des cavernes de sel laissées par les sociétés pétrolières et gazières. Charm dit qu'il s'y solidifie, emprisonnant le carbone pendant des milliers, voire des millions d'années, qui autrement retournerait dans l'air lorsque les agriculteurs brûlent les restes de récolte ou les laissent pourrir.

Des entreprises comme Microsoft, Shopify et Stripe paient à Charm 600 $ pour chaque tonne de carbone qu'elle met sous terre, soit pour compenser leurs propres émissions, soit pour aider à développer une industrie qui devra jouer un rôle essentiel dans la modération du changement climatique, en tirant d'énormes quantités de gaz à effet de serre hors de l'air et de le stocker.

La startup de San Francisco séquestre le carbone de cette manière depuis deux ans. À la fin de l'année dernière, la société a annoncé que le processus avait bloqué en toute sécurité près de l'équivalent de 5 500 tonnes de CO2 jusqu'à présent, affirmant qu'il s'agissait de la plus grande quantité d'élimination de carbone à long terme livrée à ce jour. Mais c'est une infime tranche des milliards de tonnes par an que les climatologues préviennent que le monde devra peut-être aspirer dans les décennies à venir pour ramener la planète qui se réchauffe dans une zone plus sûre. Et il y a beaucoup de questions et d'inquiétudes quant à la fiabilité, l'évolutivité et l'économie de cette approche.

L'entreprise a devancé les autres principalement parce qu'elle adopte une approche simple. Il s'appuie sur les cultures agricoles pour capter le carbone et utilise les formations existantes pour le stockage. Et Charm n'a pas à construire de grands projets, contournant certains des défis de développement, d'autorisation et de capital que des startups comme Climeworks ou Carbon Engineering ont rencontrées alors qu'elles essayaient de construire des usines absorbant le carbone.

Mais une première avance dans un domaine qui existe à peine ne dit pas nécessairement grand-chose sur la façon dont l'entreprise s'en tirera à mesure que le marché se développera. Notamment, la prochaine génération d'usines de capture directe de l'air qui sera mise en service est censée éliminer un million de tonnes par an, 180 fois plus que ce que Charm a réalisé jusqu'à présent.

L'entreprise sera également confrontée à des défis évidents à mesure qu'elle évolue, notamment la hausse des coûts d'expédition des déchets entre les champs et les puits, les demandes concurrentes pour les sous-produits agricoles dont elle dépend et les questions sur la quantité nette de carbone que son approche élimine finalement.

De plus, l'entreprise sera confrontée au même risque que d'autres jeunes entreprises dans le domaine de l'élimination et du stockage du carbone : elles parient que les grandes entreprises seront prêtes à continuer de payer la facture élevée de l'assainissement de l'atmosphère et que les gouvernements adopteront les politiques nécessaires. pour développer le secteur coûteux.

Le PDG de Charm, Peter Reinhardt, 32 ans, dirigeait auparavant Segment, une société de logiciels de données client que Twilio a acquise en 2020 pour 3,2 milliards de dollars. Il a commencé à étudier l'élimination du carbone comme moyen de compenser les émissions de Segment, explorant initialement des possibilités telles que le financement de la protection de la forêt tropicale.

En 2018, Reinhardt et trois autres ont cofondé Charm (un mashup de "char" et "farm") pour créer une entreprise autour de ce qu'ils considéraient comme une approche plus prometteuse. Le plan initial était de gazéifier la biomasse, un processus similaire à la pyrolyse mais effectué à des températures plus élevées, pour produire du biochar et de l'hydrogène. Ils s'attendaient à ce que ce dernier soit le véritable faiseur d'argent.

La startup pense que sa bio-huile, une fois convertie en gaz de synthèse, pourrait aider à assainir le secteur industriel le plus sale.

Mais l'entreprise a constaté que le ramassage de la biomasse et son transport vers une installation de gazéification centralisée coûtaient beaucoup trop cher, car la biomasse est « trop pelucheuse ». Il est volumineux, lourd et encombrant, ce qui augmente le coût de sa manutention et de son déplacement - une douloureuse leçon que les entreprises de biocarburants ont apprise il y a plus de dix ans.

En 2020, le scientifique en chef de Charm, le cofondateur Shaun Meehan, a eu une idée brillante : si l'entreprise était disposée à faire ce que Reinhardt décrit comme une "gazéification à moitié fictive", produisant de la bio-huile au lieu de l'hydrogène, l'équipement pourrait s'intégrer à l'arrière de une semi-remorque. Ensuite, l'entreprise pourrait s'arrêter jusqu'aux fermes et effectuer le processus en bordure des champs.

Maintenant, Charm, qui compte environ 30 employés, paie les agriculteurs pour lui permettre de ramasser les matières végétales indésirables laissées après la récolte. Il envisage également de mettre en œuvre le même processus avec des arbres et des plantes retirés des forêts, par exemple pour la prévention des incendies ou à la suite de sécheresses. Par ailleurs, l'entreprise a commencé à explorer la possibilité d'utiliser la bio-huile résultante pour nettoyer la production d'acier et de fer, le secteur industriel le plus sale (voir l'article connexe).

Le modèle d'entreprise n'aurait aucun sens à un autre moment (et peut-être pas à celui-ci). Mais un nombre croissant d'entreprises sont prêtes à payer le coût élevé de l'élimination et du stockage du carbone comme moyen d'équilibrer leurs propres émissions, pour aider à soutenir le marché émergent ou comme forme de philanthropie climatique. Jusqu'à présent, environ 40 organisations ont acheté des tonnes de déménagement à l'entreprise.

Reinhardt dit que la société s'attend à faire baisser le coût à 50 $ la tonne de dioxyde de carbone retiré et stocké à mesure qu'elle intensifie ses opérations. D'une part, elle prévoit de constituer une flotte de semi-remorques équipées de pyrolyseurs rapides de grande capacité développés en interne. À terme, l'entreprise espère également créer un type de moissonneuse-batteuse avec une unité de pyrolyseur capable de ramasser et de convertir les restes agricoles partout où ils tombent dans les champs, économisant ainsi les coûts de collecte, de regroupement et de déplacement du matériel.

Selon les observateurs, l'approche de Charm en matière d'élimination et de stockage du carbone offre plusieurs avantages par rapport à d'autres méthodes.

Il promet de bloquer le carbone pendant de très longues périodes, tandis que des options telles que la plantation d'arbres ou la modification des méthodes agricoles pour retenir plus de carbone dans le sol peuvent être rapidement inversées lorsque les arbres meurent ou que les champs sont labourés. Il empêche les émissions qui se produiraient autrement dans de nombreuses circonstances.

Et cela peut réduire une partie de la pollution de l'air associée au brûlage agricole, ce que, par exemple, les agriculteurs californiens sont autorisés à faire pendant certaines périodes pour se débarrasser des émondes des vergers, des arbres, des mauvaises herbes, etc.

La société semble "servir le marché d'une manière innovante qui répond à de multiples besoins grâce à une seule intervention", a déclaré Lauren Gifford, chercheuse postdoctorale à l'Université de l'Arizona qui se concentre sur les compensations carbone et la gouvernance climatique, dans un e-mail.

CarbonPlan, une organisation à but non lucratif de San Francisco qui évalue l'intégrité des méthodes d'élimination du carbone, accorde également une grande importance à l'approche décrite par Charm.

Mais la comptabilité carbone et l'économie de l'entreprise pourraient dépendre beaucoup des cultures ou des arbres particuliers en question, et ce que les agriculteurs ou les forestiers auraient fait de la plante reste autrement.

Les producteurs de maïs, par exemple, dépendent d'importantes quantités de restes de cultures. Ils la laissent sur leurs champs pour empêcher l'érosion et retenir l'eau, et la labourent pour ajouter des nutriments et du carbone au sol.

La quantité optimale à conserver est difficile à déterminer : elle dépend de la rotation des cultures, des conditions du sol, des conditions météorologiques, de la pente du champ et d'autres facteurs. Mais les agriculteurs adoptent généralement une approche conservatrice pour éviter le coût des additifs nutritifs synthétiques, explique Chad Hart, professeur d'économie à l'Iowa State University.

"Ils essaient de laisser le plus possible sur le terrain", dit-il.

Les restes qu'ils mettent en balles sont souvent vendus localement comme aliments complémentaires pour le bétail ou comme litière pour le bétail.

La question est la suivante : dans quelle mesure l'approche de Charm sera-t-elle évolutive à long terme si les agriculteurs utilisent et vendent déjà une grande partie de ce matériel ?

Hart ajoute que le transport de la bio-huile entre les fermes principalement dans les Grandes Plaines et les cavernes de sel regroupées dans le Sud pourrait représenter une dépense importante.

« La structure du marché du carbone soutiendra-t-elle cela ? il demande.

De plus, la demande croissante de restes agricoles pourrait faire grimper le prix. D'autres entreprises les utilisent pour produire des carburants ou de l'électricité dans des usines conçues pour capter les émissions qui en résultent. Il s'agit notamment de LanzaJet, Mote Hydrogen et d'une joint-venture entre Chevron, Schlumberger New Energy, Microsoft et Clean Energy Systems.

Il y a aussi des questions sur la dépendance de Charm aux cavernes de sel et aux puits d'injection américains, qui ont fui à plusieurs reprises dans le passé, malgré la surveillance et les réglementations.

La bio-huile produite à partir de matières végétales a une chimie différente de celle du pétrole et du gaz naturel actuellement stockés dans des cavernes de sel, et des années de travail pourraient être nécessaires pour démontrer qu'elle peut être séquestrée en toute sécurité et de façon permanente, explique Saeed Salehi, professeur de pétrole. et génie géologique à l'Université de l'Oklahoma, qui se concentre sur l'intégrité des puits et le stockage géologique du carbone.

"Je ne pense pas que nous ayons suffisamment de données ou de pratiques administratives établies sur le terrain pour dire que ce sera 100% sûr ou que nous sommes pleinement conscients de l'ensemble des risques", dit-il.

Il pense que Charm devra également passer par des processus d'autorisation prolongés avec l'EPA ou d'autres régulateurs avant de pouvoir injecter de grandes quantités de bio-huile dans ces cavernes.

Reinhardt conteste les problèmes de transport, affirmant qu'il existe de nombreux puits ou formations américains qui "devraient être convertibles en injection de bio-huile", dont beaucoup dans le Midwest et les Grandes Plaines.

Il ajoute qu'une grande partie du travail technique de Charm à ce jour a porté sur la séquestration du carbone, y compris des analyses pour déterminer la chimie et la géologie du sous-sol les mieux adaptées à la solidification et au verrouillage de la bio-huile.

Mais il souligne que la bio-huile est un fluide dense qui s'inscrit déjà dans le processus réglementaire pour les types de puits et de cavernes que Charm a en tête, et que l'entreprise suit les meilleures pratiques et les exigences de l'EPA pour éviter les fuites. Pour aider l'entreprise à "développer les voies appropriées pour une injection sûre et permanente", a-t-il déclaré dans un e-mail, elle a embauché des consultants qui ont autorisé, construit et exploité des puits d'injection dans le passé.

"Nous continuerons bien sûr à investir dans des mesures sur le terrain, des mesures en laboratoire et des travaux de calcul pour toujours continuer à améliorer notre compréhension de ce qui se passe dans le sous-sol", a ajouté Reinhardt.

Ensuite, il y a la question du décompte des avantages et des coûts climatiques.

La quantité nette de carbone stockée par le processus dépend de ce qui serait autrement arrivé au matériel végétal. Par exemple, les cultures qui sont labourées et les arbres qui sont transformés en bois peuvent également stocker du carbone pendant certaines périodes. De plus, Charm produit ses propres émissions, par exemple en utilisant du diesel pour lancer le processus de pyrolyse et en transportant de la bio-huile avec des camions.

Et les calculs ne font que se compliquer à plus grande échelle. Si Charm et d'autres entreprises achètent de grandes quantités de restes de maïs, les éleveurs de bovins pourraient devoir se tourner vers d'autres sources d'alimentation à faible coût, y compris des cultures cultivées à cette fin. Si le marché se réchauffe vraiment, cela pourrait même créer des incitations économiques pour les agriculteurs à étendre leurs activités.

L'entreprise devrait comptabiliser toutes les émissions rejetées ou les terres converties en conséquence.

Reinhardt dit que Charm ne prendra que la moitié du matériel agricole sur un champ donné, et il note que mettre le biochar et les cendres résultants dans les champs améliorera la santé du sol. Il ajoute que les utilisations concurrentes du maïs dépendent de la région, mais qu'une grande partie n'est pas vendue ou labourée, ce qui le laisse pourrir et libérer du dioxyde de carbone.

Mais il souligne que Charme tiendra correctement compte des utilisations alternatives, des changements d'utilisation des terres et de ces autres facteurs.

Les calculs internes du carbone de l'entreprise estiment que lorsque l'entreprise utilise ses propres pyrolyseurs, le processus élimine généralement l'équivalent de 0,85 tonne de dioxyde de carbone pour chaque tonne de biomasse. Reinhardt dit que Charm améliorera ces chiffres au fil du temps en passant au gaz de synthèse neutre en carbone au lieu du diesel pour lancer le processus de pyrolyse, en optimisant ses pyrolyseurs pour convertir la matière végétale en bio-huile et en passant éventuellement aux camions électriques.

Robert Höglund de Marginal Carbon AB, une société de conseil spécialisée dans l'élimination du carbone et la politique climatique, affirme que les clients de Charm paient aujourd'hui 600 dollars la tonne pour aider à "lancer" l'approche, pariant que l'entreprise sera en mesure de réduire les coûts . Mais il dit qu'il n'est pas clair si la méthode de Charm s'avérera parmi les plus efficaces, évolutives ou abordables au fil du temps, ou la meilleure utilisation de cette biomasse alors que le besoin augmente pour des sources d'énergie toujours plus renouvelables.

Il est également peu probable que les entreprises continuent d'acheter suffisamment de carbone pour atteindre les milliards de tonnes par an qui pourraient éventuellement être nécessaires, à la fois pour stabiliser les températures de la planète et pour soutenir les entreprises qui émergent pour extraire les gaz à effet de serre de l'air.

En effet, les investisseurs et les startups parient que les gouvernements promulgueront des lois qui subventionnent, encouragent ou imposent ces pratiques. Reinhardt, pour sa part, reconnaît que la politique gouvernementale sera cruciale pour développer les marchés d'élimination du carbone qui permettront à son entreprise et à d'autres de prospérer.

Il dit que Charm s'efforce d'éduquer les législateurs de Californie et de Washington, DC, appelant à un plus grand soutien du secteur naissant ainsi qu'à des règles neutres sur le plan technologique tandis que les chercheurs et les entreprises explorent une variété de voies.

"Les acheteurs d'entreprise comme Microsoft, Stripe et Shopify n'atteindront qu'une telle échelle, puis la réglementation devra intervenir", a déclaré Reinhardt dans un e-mail, ajoutant: "Tant d'innovations se sont produites dans l'espace, et nous avons juste besoin pour le débloquer."

Les batteries thermiques pourraient aider à réduire les émissions en offrant de nouvelles voies d'utilisation de l'énergie solaire et éolienne.

Les batteries à base de sodium pourraient commencer à arriver sur le marché cette année, si les entreprises donnent suite à leurs plans.

Helion, soutenu par Sam Altman d'OpenAI, a déjà désigné Microsoft comme son premier client.

Des batteries moins chères pourraient être à l'horizon.

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