Dioxyde de carbone

Le CO₂ se dissout dans l’eau et y forme de l’acide carbonique H₂CO₃ : CO_{2 (aq)} + H₂O _(l) ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ H₂CO_{3 (aq)}, avec K_h = [H₂CO₃] / [CO₂] ≈ 1,70 × 10⁻³ à 25 °C.

Il est également liposoluble (soluble dans les corps gras).

L’acide carbonique n’est que modérément stable et il se décompose facilement en H₂O et CO₂. En revanche, lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans une solution aqueuse basique (soude, potasse…), la base déprotone l’acide carbonique pour former un ion hydrogénocarbonate HCO^–
₃, aussi appelé ion bicarbonate, puis un ion carbonate CO^2–
₃. De cette façon, la solubilité du CO₂ est considérablement augmentée. Le carbonate de potassium K₂CO₃ a par exemple une solubilité de 1,12 kg/l d'eau à 20 °C.

C'est ainsi que le calcaire se dissout dans l'eau, dans la plage de pH dans laquelle l'hydrogénocarbonate acide est stable, en produisant une solution d'hydrogénocarbonate(s) (de calcium et de magnésium…). Il est donc susceptible de précipiter lorsque le CO₂ dissous est dégazé, comme dans la formation des stalagmites et des stalactites. Le calcaire a ainsi, en présence de CO₂, une solubilité qui diminue quand la température augmente, à l'instar des gaz et au contraire de la plupart des solides (dont la solubilité augmente généralement avec la température).

Dans certaines conditions (haute pression + basse température) le CO₂ peut être piégé dans des cages d'eau dites clathrates[16] - [17] - [18]. C'est un des moyens possibles de séparation industrielle du CO₂ contenu dans un gaz[19] en pré- ou post-combustion[20]. C'est aussi un des moyens envisagés de séquestration industrielle de CO₂[21] - [22] ou de stockage géologique étudié, éventuellement corrélativement à la désalinisation d'eau de mer[23] - [24] (il peut théoriquement même être substitué à l'hydrate de méthane)[25].

Le CO₂ a de nombreuses utilisations, dont :

• l’extinction des feux : beaucoup de centres de données (salles de serveurs d’ordinateurs) ou de salles d'archives sont équipés d’un système qui, en cas d’incendie, remplit la salle de CO₂ ce qui a pour effet d’éteindre le feu ;
• composant pétillant dans les boissons gazeuses ;
• en aquariophilie et culture sous serre pour une meilleure croissance des plantes ;
• en emballages à atmosphère contrôlée comme élément neutralisant ;
• en distribution d’eau potable, associé au carbonate, pour relever la dureté de l'eau (TH) des eaux trop agressives ;
• solubilisation du calcaire dans les eaux dures (TH supérieur à 25 °F) ;
• les pompes à bière : en étant en contact avec la surface de la bière, il évite son oxydation et prolonge sa conservation, contrairement à un compresseur utilisant de l'air (ambiant) ;
• on se sert aussi parfois du CO₂ dans les grands abattoirs de porcs afin de les insensibiliser avant de les saigner ; il a été utilisé pour la conservation de la viande ;
• composant nécessaire au phénomène de photosynthèse qui permet aux végétaux de croître en transformant les matières inorganiques en matières organiques constituant ainsi leur bois[35] ;
• fluide caloporteur dans certains types de réacteurs nucléaires tels que ceux de la filière UNGG en France ;
• il est utilisé de par sa diffusibilité (aptitude à se diffuser) pour la création du pneumopéritoine lors des cœlioscopies.

Sous forme liquide, il est utilisé comme :

• réfrigérant pour congeler certains aliments ;
• réfrigérant dans l’industrie électronique ;
• agent d’extinction dans les extincteurs dits « au dioxyde de carbone », on parle parfois de neige carbonique parce qu'une partie du CO₂ liquide se solidifie immédiatement à la sortie de l’extincteur en produisant une poudre blanche en mélange avec du dioxyde de carbone gazeux ;
• agent propulseur (et parfois également carbonatant) pour les boissons servies à la pression.

Quand il est utilisé comme fluide frigorigène, le CO₂ porte la dénomination de nomenclature industrielle « R744 ». Son utilisation comme fluide frigorigène tend à se démocratiser ces dernières années : il est considéré comme « frigorigène naturel », et son potentiel de réchauffement global est très faible comparé aux fluides frigorigènes « traditionnels ».

À pression atmosphérique, le dioxyde de carbone n’est jamais sous forme liquide. Il passe directement de la forme solide à la forme gazeuse (sublimation).

Bâtonnets de glace carbonique se sublimant à l'air.

Le dioxyde de carbone sous forme solide a de nombreuses appellations : « glace carbonique », « neige carbonique », « Carboglace »[36], « glace sèche ». Il est issu de la solidification du CO₂ liquide. On obtient de la neige carbonique qui est ensuite comprimée pour obtenir de la glace carbonique.

Dans sa phase solide, cette glace carbonique se sublime en ne laissant aucun résidu, avec une enthalpie de sublimation de 573 kJ kg⁻¹[37] (soit 25,2 kJ mol⁻¹), à −78,5 °C et à 1 atm. On lui a donc rapidement trouvé de multiples utilisations en tant que réfrigérant.

Il est commercialisé sous différentes présentations selon son usage :

• en granules (de la taille d'un grain de riz de 3 mm de diamètre) : essentiellement pour le nettoyage et le décapage cryogénique ;
• en bâtonnets (d'une longueur d'environ 16 mm) :
  • pour la conservation, le transport des produits sous température dirigée (produits pharmaceutiques, transport de surgelés, transport d'échantillons, etc.),
  • dans l'évènementiel : la glace carbonique dans l'eau forme un brouillard très dense qui glisse le long des parois du contenant ;
• pour la recherche fondamentale ou appliquée, par exemple :
  • en chimie, comme réfrigérant en mélange avec un solvant organique (le plus souvent l'acétone) afin de mieux conduire la chaleur, plus rarement comme réactif. Dans ce domaine, on utilise le terme de « Carboglace » en France, ou juste « carbo » dans le langage parlé, et jamais le terme « glace sèche » qui est par contre privilégié au Québec ;
• pour la vinification : il ralentit la fermentation et évite l'oxydation ;
• en plaquette ou en blocs :
  • pour le ravitaillement aérien (catering), les traiteurs, les pompes funèbres, etc. ;
• en pains :
  • pour faire du brouillard épais (effets spéciaux, cinéma, vidéo).

Le dioxyde de carbone solide est également présent sous forme de neige carbonique aux pôles de la planète Mars, où il couvre pendant l'hiver local les calottes glaciaires (composées d'eau très majoritairement) et leurs périphéries, ainsi que sous forme de givre carbonique à plus basse latitude, en fin de nuit au début des printemps locaux (photographies prises par les atterrisseurs Viking, le rover Sojourner, l’atterrisseur Phoenix, et de nombreuses images HRSC). Des dépôts importants en sont géologiquement séquestrés au pôle sud[38].

Au-delà de son point critique, le dioxyde de carbone entre dans une phase appelée supercritique. La courbe d'équilibre liquide-gaz est interrompue au niveau du point critique, assurant à la phase supercritique un continuum des propriétés physico-chimiques sans changement de phase. C'est une phase aussi dense qu'un liquide mais assurant des propriétés de transport (viscosité, diffusion) proches de celles d'un gaz. Le dioxyde de carbone supercritique est utilisé comme solvant vert, les extraits étant exempts de trace de solvant.

Sous cette forme, il sert comme :

• agent d'extraction :
  • décaféination du café,
  • élimination de la 2,4,6-trichloroanisole (TCA) des bouchons de liège traités au chlore (ou à l'hypochlorite) pour éviter de donner un goût bouchonné au vin après sa mise en bouteille,
  • extraction de composés chimiques ou biologiques,
  • purification de composés chimiques (phase mobile en chromatographie, notamment en SFC) ;
• agent de transport et de stockage lors de la séquestration géologique du dioxyde de carbone (dans de rares applications industrielles) ;
• agent de refroidissement pour permettre la micronisation de principes actifs.

Les humains passent de plus en plus de temps en atmosphère confinée (environ 80-90 % du temps dans un bâtiment ou un véhicule). Selon l'ANSES et divers acteurs[52] en France, le taux de CO₂ dans l'air intérieur des bâtiments (lié à l'occupation humaine ou animale et à la présence d'installations de combustion), pondéré par le renouvellement de l'air, est « habituellement compris entre 350 et 2 500 ppm environ »[51].

Dans les logements, les écoles, les crèches et les bureaux, il n'y a pas de relations systématiques entre les taux de CO₂ et d'autres polluants, et le CO₂ intérieur n'est statistiquement pas un bon prédicteur de polluants liés au trafic routier (ou aérien...) extérieur[53]. Le CO₂ est le paramètre qui change le plus vite (avec l'hygrométrie et le taux d'oxygène quand des humains ou des animaux sont rassemblés dans une pièce fermée ou mal aérée[54]. Dans les pays pauvres de nombreux foyers ouverts sont sources de CO₂ et de CO émis directement dans le lieu de vie.

Séjourner toute la journée dans un air dont le taux de CO₂ atteint ou dépasse 600 ppm dégrade nos capacités cognitives (penser, raisonner, se souvenir, décider)[55]. Selon une étude publiée dans Environmental Health Perspectives, de faibles variations du taux de CO₂ dans l'air affectent fortement nos capacités de pensée complexe et de prise de décision. Ce taux de 600 ppm est souvent atteint dans l'air intérieur où il dépasse souvent 1 000 ppm, plusieurs fois par jour avec par exemple une teneur moyenne de 3 110 mg/m³ de CO₂ dans les salles de classes étudiées ; au détriment des capacités d'apprentissage des enfants[56].

Une étude menée dans 150 salles de classe pendant la pandémie de Covid-19 a montré que la qualité de l'air est insuffisante et augmente le nombre de contaminations par le coronavirus. Il est donc très important d'aérer régulièrement les salles de classe, même pendant l'hiver. Dans 60 % des salles de classe, la teneur en CO₂ est supérieure à 2 000 ppm, des concentrations qui nuisent aux performances cognitives et donc à la capacité d'apprentissage. Dans les écoles à haut risque, le taux de CO₂ moyen dépasse souvent 3 000 ppm, alors que les recommandations officielles françaises préconisent d'évacuer les locaux accueillant du public au-delà de 1 000 ppm[57].

Un cas particulier est celui des salles de sport où l'effort physique implique un besoin supplémentaire en oxygène et une augmentation du CO₂ expiré par les joueurs (et les spectateurs). Par exemple, lors des matchs de hockey sur glace, le CO₂ augmente de 92 à 262 ppm lors d'un match (surtout joué par des hommes adultes). Au centre de la patinoire, le taux de CO₂ dépasse les 1000 ppm à chaque match (seuil max. recommandé par l'Institut norvégien de la santé publique)[58]. Les mesures in situ montrent qu'un joueur respire un air plus enrichi en CO₂ que les spectateurs, et que le taux de CO₂ descend durant les temps de repos et remonte durant le temps joué. La nuit après un match, dans une salle de hockey fermée, il faut près d'une dizaines d'heures pour retrouver un taux de CO₂ bas (600 à 700 ppm), qui est encore au-dessus de la normale[58]. En outre dans les pays froids, tempérés ou chauds, de nombreuses salles de sport sont climatisées ; pour des raisons d'économies d'énergie elles n'ont pas un renouvellement d'air extérieur constant ou suffisant. Durant un match de hockey sur glace, les femmes et les enfants émettent moins de CO₂ que les hommes, mais dans une même salle, le degré d'augmentation du taux de CO₂ dans l'air de la salle de sport est comparable, et dans tous les cas étudiés la pause entre deux matchs ne réduit pas la concentration en CO₂ assez pour que le début de la deuxième période soit aussi faible que le début de la première[59]. Quand le nombre de spectateurs augmente, le taux de CO₂ dans la salle augmente plus encore[58]. Le nombre d'ouvertures/fermetures de portes donnant sur l'extérieur influe aussi sur le renouvellement d'air et donc le taux de CO₂ dans la salle de sport. Des études ont montré une diminution des performances cognitives et de décision ou d'apprentissage quand le CO₂ augmente. Peu d'études ont porté sur l'effet de ce même CO₂ sur les performances sportives d'un individu ou de son équipe[60].

Il n'est pas réglementé dans l'air du domicile ; mais il doit être mesuré en tant qu'« indicateur de confinement et de la qualité du renouvellement de l'air » dans certains lieux confinés, sur la base de normes dont l'ANSES estime qu'elles n'ont pas de bases sanitaires[51].

En France, le règlement sanitaire départemental (RSD) recommande de ne pas passer le seuil de 1 000 ppm (partie par million) « dans des conditions normales d'occupation », avec une tolérance à 1 300 ppm dans les lieux où il est interdit de fumer (« sans fondement sanitaire explicite de ces deux valeurs » selon l'Anses[51].

Un décret du 5 janvier 2012 impose une surveillance de la qualité de l'air intérieur à certains établissements recevant du public sensible tel que les enfants ; il propose le calcul d'un « indice de confinement » dit « indice Icone » (proposé par le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) sur la base de la fréquence de dépassement des niveaux de CO₂ par rapport à deux seuils de 1 000 et 1 700 ppm dans les salles de classe[51].

En milieu professionnel, la question de la sécurité et de la prévention liée aux risques d'intoxication au dioxyde de carbone est une préoccupation majeure pour limiter les risques d'accident du travail[61]. Faute de données épidémiologiques, il n'a cependant pas été considéré comme pertinent en France comme indicateur de la qualité sanitaire de l'air intérieur par l'Anses qui ne prévoit pas de valeur guide de qualité d'air intérieur (VGAI) pour ce polluant[51].

Dans de fortes concentrations approchant les 50 à 100 %, telles que celles retrouvées dans les nappes de dioxyde de carbone d'origine artificielle en milieu professionnel, il peut se produire un effet de sidération nerveuse et une perte de conscience immédiate, suivie d'une mort rapide en l'absence d'aide extérieure. Ces accidents présentent un risque élevé de suraccident, des témoins pouvant se précipiter au secours de la victime sans penser à leur propre sécurité et devenir eux aussi victimes de l'intoxication.

Cependant, si l'élévation du taux de CO₂ atmosphérique dope effectivement la croissance (des céréales par exemple), pour des raisons encore mal comprises, elle diminue alors la valeur nutritionnelle des principales cultures de base (riz, blé et pomme-de-terre notamment), en diminuant leur taux de protéines[89], d'oligo-éléments et de vitamines du groupe B[90] - [91]. En conditions expérimentales, le taux de CO₂ augmenté (même non-combiné à une température augmentée) se traduit par un taux de sucres plus élevé dans les végétaux cultivés (source d'alcools de plus en plus forts pour le raisin), mais aussi par des carences en protéines et en minéraux[92]. Le riz présente en outre souvent des concentrations élevées d'arsenic[93], que l'acidification des milieux peut aggraver. Enfin, des concentrations plus élevées de CO₂ exacerbent l'acidification des eaux douces et l'acidification des océans, ce qui pourrait affecter la productivité des algues (et donc l'algoculture).

Pour cette raison, selon une étude récente (2018), dès 2015-2050, le taux anormalement élevé de CO₂ de notre atmosphère pourrait dans le monde entraîner avant 2050 des maladies induites chez l'homme et certains animaux d'élevage (porcs, vaches, volailles) par des carences alimentaires[94]. Dans une étude publiée dans un numéro spécial de PLOS Medicine sur le changement climatique et la santé, Christopher Weyant et ses collègues de l'université Stanford se sont concentrés sur deux micronutriments essentiels, le zinc et le fer[94] - [95]. En tenant compte du dérèglement climatique et des habitudes alimentaires, ils montrent que le risque de maladie évoluera dans les 137 pays[96]. Si rien n'est fait, l'augmentation du taux de CO₂ diminuera le taux de zinc et de fer des aliments, coûtant environ 125,8 millions d'années de vie corrigées de l'incapacité (intervalle de confiance de 95 % [CrI] 113,6–138,9) dans le monde pour la période 2015–2050, en raison d'une augmentation des maladies infectieuses, des diarrhées et des cas d'anémie, tout particulièrement en Asie du Sud-Est et Afrique où la population est déjà très affectée par des carences en zinc et fer[94]. Les enfants seraient particulièrement affectés, avec des risques de troubles irréversibles du développement liés à ces carences, transmissible sur plusieurs générations au moins pour des raisons épigénétiques[97].

L'étude de Weyant indiquerait aussi que l'inégalité nutritionnelle pourrait augmenter, et montrerait que les réponses traditionnelles de santé publique (dont la supplémentation en minéraux et vitamines, et le contrôle renforcé des maladies humaines et animales) pourraient ne pas suffire à endiguer le phénomène. En effet, de telles réponses ne permettraient de réduire que 26,6 % (95 % des IC 23,8–29,6) de ce fardeau sanitaire, humain et économique, tandis qu'une stratégie efficace de réduction des émissions de gaz à effet de serre, telle que proposée par l'Accord de Paris sur le climat, permettrait d'éviter jusqu'à 48,2 % (95% de l'indice CIF 47,8–48,5) de cette charge[94].

Bien que le CO₂ nourrisse la croissance des plantes, son excès induit une dégradation de leur valeur alimentaire qui aura des conséquences globales pour toutes les créatures vivantes qui consomment des plantes, y compris l'homme[94]. Les auteurs incitent à mieux étudier les effets de l'augmentation du CO₂ atmosphérique sur d'autres composés d'origine végétale ayant des implications pour la santé humaine (ex : acides gras, vitamines, composés pharmacologiques[98] - [91], d'autant que cette étude n'a pas tenu compte d'autres conséquences de l'augmentation du CO₂, sur les aléas météorologique et biologiques (déprédation accrue...) sur la sécurité alimentaire, l'accès aux aliments, leur usage et la stabilité des prix, ni les chaines de conséquences différées dans l'espace et le temps (effets à long terme de la dénutrition notamment)[99].

Les rendements agricoles stagnent ou se dégradent dans une partie du monde, en raison notamment du réchauffement (vagues de chaleur...) et de régimes de précipitations modifiés. Les cultures vitales (blé et riz notamment) sont déjà affectées en zone tropicale et tempérée et des études prospectives laissent penser que les cultures de riz et de maïs pourrait décliner de 20 à 40 % rien qu'à cause des hausses de température prévues en zone tropicale et subtropicale d'ici à 2100, dans même prendre en compte les effets des évènements climatiques extrêmes[100]. Ce contexte pourrait causer des hausses des prix des aliments, les rendant inabordable pour les plus pauvres, alors que la hausse des teneurs de l'air en CO₂ pourrait aussi réduire la qualité nutritionnelle, des céréales notamment, importantes pour la santé humaine et, potentiellement, pour celle des animaux (également sources de lait et de viande (et donc de protéines)[94], pendant qu'en mer la biomasse en poisson diminue aussi.

« On ignore encore si le déclin de la valeur nutritive des cultures vivrières induit par le CO₂ est linéaire et si la qualité nutritionnelle a déjà baissé en raison de l'augmentation du CO2 depuis le début de la révolution industrielle. »

En complément des mesures d'adaptation au Changement climatique, les mesures de réduction des émissions de CO₂ et piégeage biologique du CO₂ restent urgemment nécessaires. Des cultivars moins sensibles aux déficits nutritionnels dans un climat qui se réchauffe sont à rechercher concluent les travaux de Weyant et ses collègues[94].

Les effets de l'augmentation du CO₂ sur les plantes se montrent plus préoccupants que ce qui était prédit par les premiers modèles des années 1990 et du début des années 2000[101]. Morgan et al., sur la base d'expériences de laboratoire et in situ, ont confirmé dès 2004 que dans les écosystèmes émergés, le CO₂, même quand il améliore la productivité en termes de biomasse, peut néanmoins avoir des effets négatifs en modifiant la composition des espèces et en réduisant la digestibilité des graminées courtes par exemple dans la végétation steppique)[102].

Le CO₂ a un certain effet eutrophisant (c'est un nutriment de base, essentiel pour les plantes), mais il est aussi un facteur d'acidification des océans et de certaines masses d'eau douce, qui peut négativement interférer avec de nombreuses espèces (dont certaines microalgues et autres microorganismes aquatiques protégées par des structures calcaires que l'acide carbonique peut dissoudre). L'acidification favorise aussi la libération et la circulation et donc la biodisponibiltié de la plupart des métaux lourds, métalloïdes ou radionucléides (naturellement présent dans les sédiments ou d'origine anthropique depuis la révolution industrielle surtout).

L'augmentation de la teneur de l'atmosphère en CO₂ peut aussi avoir des effets différenciés voire antagonistes selon son taux, le contexte environnemental et biogéographique et selon des données plus récentes selon la saison et les variations saisonnières de la pluviométrie (au-dessus des forêts notamment[112]) ;

Il existe chez les écologues associés à l'étude des effets du changement climatique un consensus sur le fait qu'au-delà d'une augmentation de 2 °C en un siècle, les écosystèmes terrestres et marins seront sérieusement négativement affectés[113].

En 2013, la réponse réelle des écosystèmes au CO₂ et ses modulations biogéographiques sont encore considérées comme complexes et à mieux comprendre, en raison de nombreux « feedbacks biogéochimiques »[114] - [115]. Elle doit être néanmoins élucidée si l'on veut correctement évaluer voire prédire les capacités planétaires ou locales des écosystèmes en termes de stockage naturel du carbone et d'amortissement des effets du dérèglement climatique induit par l'Homme[116].

Les rétroactions médiés par le cycle hydrologique sont particulièrement importantes[117] et la pluviométrie y joue un rôle majeur. La physiologie des plantes a au moins un rôle bien connu ; jusqu'à un certain stade (au-delà duquel la plante dépérit), l'augmentation du taux de CO₂ de l'air réduit la conductance stomatique et augmente l'efficacité d'utilisation de l'eau par les plantes[115] (la quantité d'eau nécessaire pour produire une unité de matière sèche), la diminution de l'utilisation de l'eau se traduisant par une plus grande disponibilité de l'humidité du sol[118]. Il a été estimé, en 2008, que les effets de l'augmentation du CO₂ dans l'air sur l'écosystème devraient être exacerbés quand l'eau est un facteur limitant[119] (mais les apports d'azote sont aussi à prendre en compte[119] - [120] - [121]) ; ceci a été démontré par quelques expériences[122], mais est un facteur qui a été « oublié » par de nombreuses études[123] - [124] - [125] - [126].

Cette relation semble si forte qu'elle permet — en zone tempérée — de prédire avec précision les variations annuelles de la stimulation de la biomasse aérienne à la suite de l'élévation du taux de CO₂ dans une prairie mixte contenant des végétaux de type C3 et C4, sur la base du total des précipitations saisonnières ; les pluies d'été ayant un effet positif, alors que celles d'automne et du printemps ont des effets négatifs sur la réponse au CO₂[115]. L'effet du taux croissant de CO₂ dépendra donc principalement des nouveaux équilibres ou déséquilibres qui s'établiront entre les précipitations estivales et d'automne / printemps[115].

Le lien à l'azote (autre élément perturbé par les activités humaines dont l'agriculture industrielle, l'industrie et les émissions de la circulation automobile) est ici retrouvé : de fortes précipitations en saisons froides et humides conduisent à limiter l'accès des plantes terrestres à l'azote et, de ce fait, réduisent ou interdisent la stimulation de la biomasse par un taux de CO₂ élevé[115]. Cette prédiction valait aussi pour des parcelles « réchauffées » de 2 °C ou non-réchauffées, et était similaire pour les plantes en C3 et de la biomasse totale, ce qui semble permettre aux prospectivistes de faire des prévisions robustes sur les réponses aux concentrations élevées de CO₂ de l'écosystème[115]. Ceci est un atout précieux car les projections climatiques des modèles à haute résolution confirment la très forte probabilité de changements importants dans la répartition annuelle des pluies, même là où la quantité annuelle totale de pluie tombée au sol ne changera pas[127]. Ces données, scientifiquement confirmées en 2013, devraient aider à expliquer certaines différences apparues dans les résultats des expériences sur l'exposition de plantes à un taux accru de CO₂ et améliorer l'efficacité prospective des modèles qui ne tenaient pas assez compte des effets saisonniers des précipitations sur les réponses de la biodiversité au CO₂[122] - [128] 14, notamment en milieux forestiers[129].

Plusieurs voies sont explorées ou mises en œuvre pour limiter l'accumulation du CO₂ dans l'atmosphère. Elles peuvent faire appel à des processus naturels comme la photosynthèse ou à des procédés industriels. Il faut également distinguer la capture à la source de la capture dans l'atmosphère.

La startup indienne Carbon Clean Solutions (CCSL) a lancé sa première installation, qui capte et réutilise à 100 % les émissions de CO₂ (60 000 tonnes par an) d'une petite centrale au charbon en Inde, à Chennai (Madras) ; ce CO₂ est purifié, puis revendu à un industriel local, qui l'utilise pour fabriquer de la soude. La technologie de CCSL ramène le coût de revient du CO₂ vendu à 30 dollars la tonne en Inde et à 40 dollars en Europe ou aux États-Unis, très en dessous du prix du marché : 70 à 150 dollars la tonne. Veolia a signé avec CCSL un contrat pour commercialiser ce procédé à l'international[130]. En parallèle, l'entreprise Climeworks cherche à capturer le CO₂ en filtrant l’air ambiant.

La société canadienne Carbon Engineering, fondée par l'ingénieur David Keith et financée par Bill Gates et plusieurs entreprises pétrolières et minières, a développé un réacteur qui extrait le CO₂ de l'atmosphère à un coût inférieur à celui des technologies de capture existantes. Les fonds apportés par les investisseurs seront employés à combiner ce procédé de capture directe avec un procédé « Air to fuels » permettant de transformer le carbone récupéré dans l’atmosphère en un carburant similaire à l'essence. Elle envisage la construction d'une importante usine à Houston en partenariat avec Occidental Petroleum. Cependant, les réacteurs capteurs de CO₂ sont très énergivores et doivent donc être alimentés par des sources d’énergie renouvelable ; le Conseil scientifique des Académies des sciences européennes (EASAC) émet des réserves : selon lui, l’élimination du CO₂ dans l’air n’empêchera pas le changement climatique et n’est, à ce jour, pas à la hauteur des recommandations du GIEC[131] - [132].

Vers une production de « méthane solaire » à partir de CO₂ ?[133].

En théorie, transformer du CO₂ en carburant ou en matières premières chimiques permettrait de diminuer l'utilisation de combustibles fossiles et de réduire les émissions de CO₂[134] - [135].

La conversion électrochimique à partir de sources d'électricité renouvelable est une piste qui fait l'objet de nombreux travaux de recherche depuis les années 2010[136] - [137] - [138].

Un espoir, reposant sur la photochimie, est de pouvoir n'utiliser que la lumière du soleil[139] et des catalyseurs non polluants, peu coûteux et abondants sur Terre[140]. Parmi les photocatalyseurs et les électrocatalyseurs moléculaires évoqués par la littérature scientifique des années 2010, seuls quelques-uns sont stables et sélectifs pour la réduction du CO₂ ; de plus ils produisent principalement du CO ou du HCOO, et les catalyseurs capables de générer des rendements même faibles à modérés en hydrocarbures fortement réduits restent rares[141] - [142] - [143] - [144] - [145] - [146] - [147] - [148] - [149] - [150].

Quatre chercheurs, dont deux français (Julien Bonin & Marc Robert) ont produit un catalyseur qui est un complexe de tétraphénylporphyrine de fer fonctionnalisée avec des groupes triméthylammonium, qu'ils présentent comme étant (au moment de la publication) l'électrocatalyseur moléculaire le plus efficace et le plus sélectif pour convertir le CO₂ en CO[151] - [133] - [152] car pouvant catalyser la réduction de huit électrons du CO₂ en méthane sous simple lumière, à température et pression ambiantes. Le catalyseur doit cependant être utilisé dans une solution d’acétonitrile contenant un photosensibilisateur et un donneur d’électrons sacrificiel, il fonctionne alors de manière stable durant quelques jours. Le CO₂ est d’abord principalement transformé en CO par photoréduction et s’il y a deux réacteurs CO génère ensuite du méthane avec une sélectivité atteignant 82 % et avec un rendement quantique, c'est-à-dire une efficacité de la lumière, de 0,18 %). Les auteurs estiment que d'autres catalyseurs moléculaires pourraient s’en inspirer[153].

Des systèmes de « co-catalyse » sont aussi envisagés[154], de catalyseurs moléculaires[155], ainsi que des systèmes à base de pérovskite[156], ou de complexes de métaux de transition[157].