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Trop de CO2 dans l'air est-il toxique ?


Je sais que s'il y a trop de CO2 dans l'air, nous aurons trop d'effet de serre.

Je voudrais savoir s'il y a trop de CO2 dans la pièce, quelque chose comme 3% alors qu'il y a aussi plus que suffisamment d'oxygène pour que nous puissions respirer. allons-nous vivre ou mourir ? Pourquoi?


Le CO2 forme de l'acide carbonique dans l'eau, ce qui aide à dissoudre les roches et les montagnes en science environnementale. Cela acidifierait légèrement votre corps avec ce qu'on appelle un acide faible.

5% peuvent provoquer une acidose et une perte de conscience, sans manque d'oxygène.

3% dévasteraient la plupart des espèces marines, coraux et coquillages à base de craie.

Peut-être qu'une respiration à vie de 3% de CO2 aurait un effet sérieux sur les processus alcalins dans le corps, l'ostéoporose, et devrait être contrebalancée par le corps pour maintenir son pH sanguin au-dessus de 7,35, avec des produits chimiques alcalins comme le sodium.

Consultez également cette fiche technique.


Premièrement, la toxicité de toute substance est une question de dose. Donc la réponse à votre question est oui trop c'est toxique mais la vraie question c'est combien c'est trop ?

Ce n'est toujours pas clair dans la littérature mais des effets commencent à apparaître à plus de 3% voir :

HAYWOOD C., BLOETE M.E. - Réponses respiratoires de jeunes femmes en bonne santé à l'inhalation de dioxyde de carbone. Journal of Applied Physiology, 1969, 27, pp. 32-35.

OU

ALEXANDER J.K.,WEST J.R.,WOOD J.A., RICHARD D.W. - Analyse de la réponse respiratoire à l'inhalation de dioxyde de carbone dans divers états cliniques d'hypercapnie, d'anoxie et de troubles acido-basiques. Journal of Clinical Investigation, 1995, 34, pages 511-532.

Le CO2 est le résultat de la respiration comme vous le savez et une concentration trop élevée dans le sang entraîne une modification du Ph de votre sang et une asphyxie. Vous pouvez trouver plus d'informations sur ces effets ici Permentier et al.

J'espère que cela t'aides !


Décès liés au dioxyde de carbone

Réclamer: Une éruption de dioxyde de carbone d'un lac a tué des centaines de personnes.

Statut: Vrai.

Origines : Le dioxyde de carbone est une substance que nous associons généralement aux joyeuses petites bulles qui animent nos marques préférées de soda et de bière. Nous ne sommes pas habitués à le considérer comme dangereux, car la plupart de nos interactions avec lui sont inoffensives. De plus, les souvenirs de la biologie du lycée nous rappellent que pendant que nous respirons de l'oxygène et exhalons du dioxyde de carbone, les plantes fonctionnent de manière opposée en absorbant le dioxyde de carbone et en exsudant de l'oxygène, créant ainsi une relation symbiotique efficace entre les humains et les plantes. Le dioxyde de carbone est une partie naturelle du monde qui nous entoure, ergo, nous ne le voyons pas avec le même niveau d'appréhension avec lequel nous considérons les composés artificiels.

Pourtant, le dioxyde de carbone est aussi un gaz mortel. D'innombrables mineurs travaillant sous terre ont perdu la vie pour « étouffer l'humidité », le terme désignant l'oxydation du carbone piégé dans le charbon. Lorsque ce processus se déroule dans un espace clos (comme les profondeurs d'une mine), le carbone qui en résulte

le dioxyde ne peut pas se dissiper et forme un nuage mortel invisible. Les témoignages de personnes ayant été témoins d'un étouffement en action ont décrit des décès si rapides que les victimes n'avaient aucune chance de s'échapper. Une personne, racontant le sort de huit hommes et d'une femme qui sont entrés dans une zone où le gaz s'était accumulé, a déclaré qu'ils "sont tombés morts, comme s'ils avaient été abattus". Un autre récit d'une mort différente a déclaré que le mineur frappé était "sans accès à pleurer mais une fois" la miséricorde de Dieu "."

Les mineurs non seulement marchaient dans des accumulations mortelles d'humidité étouffante, mais ils y étaient aussi parfois abaissés en étant descendus dans des puits de mine sur des cordes. S'ils heurtaient des poches de dioxyde de carbone pendant leur descente, ils tomberaient morts de ces cordes.

Alors que garder des canaris ou des rats en cage dans une mine signalerait la présence d'« humidité blanche » (monoxyde de carbone) avant qu'elle ne devienne mortelle pour l'homme, les systèmes d'alerte pour animaux étaient peu utiles contre « l'humidité du feu » (méthane) et « l'humidité étouffante » ( dioxyde de carbone), le premier parce que son danger ne se matérialise que s'il entre en contact avec une flamme nue (comme une bougie ou une lampe), et le second parce qu'il tue si rapidement qu'il rend de tels avertissements inutiles. (Le monoxyde de carbone est le gaz utilisé par ceux qui se suicident en renvoyant les gaz d'échappement dans leur voiture ou en faisant fonctionner des moteurs d'automobile alors qu'ils sont garés dans des garages fermés. Le méthane, parfois appelé « gaz des marais » ou « gaz des marais », est le principal constituant de Naturel

Il est peu probable que les personnes non employées dans le commerce du charbon rencontrent des masses mortelles de dioxyde de carbone, pourtant de tels nuages ​​sont connus pour se former à l'air libre et à un coût cher en vie humaine. Ce qui fut effectivement le cas en 1986 au lac Nyos au Cameroun.

Le dioxyde de carbone s'infiltre naturellement à partir de sources géothermiques sous ce plan d'eau et se dissout sous pression dans la couche froide au fond du lac. L'eau sert à maintenir le dioxyde de carbone en place et, avec le temps, le lac s'imprègne du composé. Une fois le point de saturation atteint (lorsque l'eau ne peut plus absorber de dioxyde de carbone), le lac devient mortel.

Lors de la nuit fatidique de 1986, les eaux profondes du lac ont atteint leur point de saturation en dioxyde de carbone ou quelque chose s'est produit pour perturber la couche qui se cache au fond du lac (comme un éboulement), et sans avertissement le lac "s'est retourné, ” sa couche inférieure jaillit à la surface dans une violente éruption mousseuse d'eau gazeuse qui en fit voler une partie dans le ciel. Les eaux du lac sont devenues rouges lorsque le fer dissous a été aspiré à la surface par les turbulences.

On estime que 100 millions de mètres cubes de gaz ont émergé du lac lors de cette explosion, balayant rapidement les vallées entourant le lac Nyos et, étant plus dense que l'air, s'enfonçant pour étouffer les habitants en dessous.

La mort est venue rapidement. Un homme vivant à seulement deux heures à pied du lac a déclaré : « Nous avons entendu un bruit, comme un coup de feu. » Il a immédiatement vérifié sur ses deux jeunes filles et les a trouvées déjà mortes dans leurs lits.

Au total, 1 746 personnes ont été étouffées dans la nuit, selon le bilan officiel des victimes. Le nuage mortel couvrait une zone allant jusqu'au pourtour du lac, tuant également des milliers de bovins.

Un incident similaire en 1984 au lac Monoun, un autre lac de cratère dans l'ouest du Cameroun, a tué

Les gaz volcaniques ne sont généralement pas si toxiques. Le dioxyde de carbone est évacué ailleurs dans la région, mais comme il s'échappe du sol, il se libère directement dans l'air et présente donc peu de danger, à moins qu'il ne s'agisse d'une grenouille ou d'un petit lapin qui s'approche trop près de ces rejets. Au lac Nyos, le gaz s'est libéré brutalement, en un seul site, et est resté très concentré.

À la suite de la tragédie, un certain nombre de plans ont été proposés pour garantir que le lac Nyos n'entre plus jamais en éruption. Des tuyaux ont été enfoncés dans le lac pour extraire le dioxyde de carbone qui s'accumule sur le lit du lac.

Les inquiétudes concernant les émissions de dioxyde de carbone du charbon (qui est brûlé pour alimenter les centrales électriques) ont suscité une proposition visant à acheminer le gaz dans la mer du Nord, l'enterrant ainsi dans l'océan. Les plans de captage et de stockage du dioxyde de carbone (connus sous le nom de CSC) sont controversés, ceux d'un côté affirmant que c'est le meilleur moyen de se débarrasser des gaz à l'origine du réchauffement climatique, et ceux de l'autre s'inquiétant du potentiel de danger à la fois pour la vie humaine et l'environnement.


Que se passe-t-il lorsque vous respirez ?

Votre corps utilise l'oxygène pour créer l'énergie dont vous avez besoin pour vivre. Lorsque vous respirez de l'air dans vos poumons, l'oxygène qu'il contient adhère à vos globules rouges. De cette façon, il atteint vos organes et vos muscles.

Grâce à un processus complexe appelé respiration cellulaire, l'oxygène subit une série de réactions chimiques pour former de l'énergie, du CO2, et de la vapeur d'eau. En utilisant cette énergie, votre cœur peut pomper, votre cerveau peut penser et vos muscles peuvent se contracter. Pendant ce temps, le CO2 et de la vapeur d'eau sont rejetées dans l'environnement.


L'océan continue d'aspirer une quantité colossale de CO2 de l'air, mais cela va-t-il durer ?

L'océan s'est avéré être un compagnon planétaire exceptionnellement altruiste et fiable.

Au prix fort pour elle-même, la vaste mer de la Terre a englouti environ 30 pour cent du dioxyde de carbone émis par les humains dans l'atmosphère terrestre au cours du siècle dernier. De manière critique, les scientifiques ont maintenant confirmé que l'océan a poursuivi son taux constant d'absorption de CO2 au cours des dernières décennies, plutôt que de laisser le puissant gaz à effet de serre saturer davantage le ciel.

La recherche, publiée jeudi dans la revue Science, a constaté qu'entre 1994 et 2007, les océans ont aspiré de manière fiable environ 31 pour cent du dioxyde de carbone produit par les humains, alors même que les concentrations de CO2 ont atteint leur plus haut niveau depuis au moins 800 000 ans. Cela signifie que l'océan absorbe maintenant une plus grande quantité de carbone, s'élevant à plus de 2 000 milliards de tonnes chaque année.

"Nous pouvons considérer ce que l'océan fait pour nous comme un service, en atténuant le CO2 dans l'atmosphère", a déclaré Matthew Long, océanographe au National Center for Atmospheric Research qui n'a joué aucun rôle dans l'étude.

Mais une question importante se pose toujours : combien de temps pouvons-nous encore compter sur l'océan pour stocker si efficacement le dioxyde de carbone et éviter considérablement plus de réchauffement climatique ?

"À un moment donné, la capacité de l'océan à absorber le carbone commencera à diminuer", a déclaré Jeremy Mathis, climatologue de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) qui a co-écrit l'étude. "Cela signifie que les niveaux de CO2 atmosphérique pourraient augmenter plus rapidement qu'ils ne le sont déjà."

"C'est un gros problème", a souligné Mathis.

C'est parce que les niveaux de dioxyde de carbone ne sont pas seulement anormalement élevés, mais le rythme accéléré actuel de la chaleur et de l'augmentation du dioxyde de carbone est presque sans précédent sur Terre. "Ce qu'il est important de reconnaître, c'est que les changements que l'humanité entraîne actuellement sont à la mesure des événements les plus importants de l'histoire de la vie sur cette planète", a déclaré Long. Cela signifie que tant que nous continuerons à émettre de grandes quantités de gaz piégeant la chaleur, nous aurons besoin de l'océan pour continuer à absorber des quantités massives de CO2, afin que la planète ne devienne pas absurdement chaude.

Heureusement, il est encore temps. Au cours des 50 prochaines années environ, les océans continueront probablement d'absorber à peu près la même quantité de dioxyde de carbone.

"[L'océan] va continuer à aider à aspirer le CO2", a déclaré Josh Willis, océanographe au Jet Propulsion Laboratory de la NASA qui n'a joué aucun rôle dans la recherche. "C'est comme si on mangeait dans un très grand buffet, très lentement", a-t-il expliqué. "Ça va continuer longtemps au buffet."

C'est une bonne nouvelle pour nous, une espèce dont les émissions de carbone n'atteindront probablement même pas leur maximum avant une décennie.

Mais c'est une terrible nouvelle pour l'océan.

"L'océan continuera à nettoyer une partie de nos dégâts, mais il le fait à un prix pour lui-même", a déclaré Willis.

Comme on dit, les gentils finissent derniers.

L'océan devient plus acide car il aspire le CO2. "Chaque morceau supplémentaire de CO2 que l'océan absorbe nous protège du pire des changements climatiques mais cause des dommages aux plantes et aux animaux dans l'océan", a déclaré Curtis Deutsch, océanographe chimiste à l'Université de Washington, qui n'a pas non plus participé à la étudier.

"L'océan continuera à nettoyer une partie de nos dégâts, mais il le fait à un prix pour lui-même"

Combien de dégâts au juste ? C'est un domaine de recherche brûlant. On s'attend à ce que des eaux de plus en plus acides dissolvent les squelettes de grandes bandes de corail, par exemple. Mais ce ne sont pas seulement les eaux acidifiées dont les créatures doivent s'inquiéter. Les océans absorbent également environ 93% de la chaleur créée par l'homme sur Terre, ce qui augmente les chances de vagues de chaleur marines mortelles – le type qui a tué 30% des coraux de la Grande Barrière de Corail en neuf mois. De plus, les eaux plus chaudes ont entraîné une perte d'oxygène dans les mers, dont une grande partie de la vie marine a besoin pour survivre. C'est un triple coup dur de puissantes menaces environnementales. "Nous nous attendons à ce que cela ait des impacts substantiels sur les écosystèmes marins", a déclaré Long.

Au cours de la seconde moitié de ce siècle, cependant, l'histoire va changer. Les chercheurs marins s'attendent toujours à ce que les océans engloutissent des charges considérables de dioxyde de carbone, mais cette capacité pourrait progressivement commencer à diminuer, a noté Long. C'est parce que la circulation océanique - dans laquelle des eaux plus profondes et plus froides remontent à la surface et remplacent les eaux océaniques plus chaudes - sera réduite. En bref, l'eau près de la surface aura absorbé le plus de chaleur (à mesure que le monde se réchauffera) et créera une couche de mer flottante. Cela rend de plus en plus difficile pour les eaux douces des profondeurs – qui ne sont pas encore sursaturées en carbone – de circuler à la surface et d'absorber beaucoup plus de CO2 de l'air, a expliqué Long.

Ces changements, ainsi que l'acidification des océans, ne seront pas facilement inversés. "Nous préparons essentiellement des changements qui dureront très longtemps", a déclaré Long.

Mais les scientifiques ne s'attendent pas à des perturbations extrêmes ou catastrophiques de l'absorption de carbone par l'océan à tout moment au cours du prochain siècle, au moins. "L'océan devrait essentiellement cesser de circuler", a déclaré Deutsch. "Et ce n'est tout simplement pas faisable."

Pourtant, les scientifiques marins soulignent que nous devons continuer à surveiller les océans pour nous assurer que l'océan est aussi fiable que nous le pensons et, de manière critique, pour surveiller tout changement inattendu dans le climat en évolution rapide de la Terre. Ce n'est pas une tâche simple. La collecte de ces données océaniques implique souvent des missions de recherche de six à huit semaines sur de vastes étendues de mer (comme de l'Alaska à Hawaï), au cours desquelles les scientifiques collectent des échantillons d'eau tous les 10 milles. "C'est opportun et assez coûteux", a déclaré Mathis. "Mais nous devons continuer à investir dans la science qui nous permet de sortir et de faire ces enquêtes."

"Sinon, nous volons à l'aveugle - nous ne comprenons tout simplement pas", a ajouté Long.

Bien que les océans aient sans aucun doute apaisé une quantité importante de réchauffement au cours du siècle dernier, ils ne pourront jamais être le sauveur total du climat de l'humanité. Il y aura tout simplement trop de dioxyde de carbone saturant l'air, trop pour les mers. L'océan n'empêchera pas les perturbations climatiques radicales, les vagues de chaleur mortelles et les dommages dévastateurs aux cultures. En d'autres termes, il ne serait pas bon que nous atteignions un jour un point où le climat a surchargé les océans en CO2 et en chaleur. Mais nous serions déjà en grande difficulté.


Autres causes de niveaux élevés de dioxyde de carbone

Un certain nombre de facteurs peuvent entraîner des niveaux élevés de dioxyde de carbone. Si vos niveaux sont en dehors de la plage normale, cela ne signifie pas nécessairement qu'il y a quelque chose qui ne va pas. Cependant, un niveau normal ne signifie pas non plus qu'une condition médicale particulière est absente. Consultez toujours votre médecin pour en savoir plus sur les résultats de vos tests.

Alcalose métabolique

CO2 les niveaux sont étroitement liés au pH du sang. C'est parce que la plupart du CO2 dans le corps est sous forme de HCO3- (bicarbonate), qui joue un rôle important dans le maintien du pH sanguin [8, 9].

L'alcalose métabolique se produit lorsque le pH sanguin augmente au-dessus de 7,45, devenant trop basique. Pendant l'alcalose métabolique, le corps compense naturellement en ralentissant son rythme respiratoire, provoquant une accumulation de CO2 dans le sang [10, 11].

Certaines causes d'alcalose métabolique comprennent [10, 11] :

  • Déshydratation
  • Vomissement
  • Médicaments, comme les diurétiques qui augmentent la miction des ions hydrogène
  • Problèmes rénaux qui réduisent la miction de HCO3-
  • Prendre trop d'antiacides

Acidose respiratoire

CO2 qui est produit par le métabolisme du corps est finalement exhalé hors du corps par les poumons. Les conditions qui ralentissent ou bloquent la capacité du corps à respirer peuvent provoquer une accumulation de CO2 dans le sang, ce qui est appelé acidose respiratoire ou hypercapnie [12, 1].

Toute condition qui perturbe la capacité de respirer peut provoquer une acidose respiratoire. Quelques exemples courants incluent [12, 1] :

Les symptômes de l'acidose respiratoire peuvent varier en fonction de la cause sous-jacente et peuvent inclure [12, 1] :

Consultez notre article sur l'acidose respiratoire pour une ventilation complète de cette condition.

Médicaments

Plusieurs médicaments peuvent provoquer une augmentation du CO2 niveaux.

Les diurétiques comme le furosémide peuvent perturber l'équilibre des électrolytes dans le corps, entraînant une augmentation du HCO3- et Cie2 niveaux [13].

La prise d'une quantité excessive d'antiacides contenant du calcium peut entraîner une augmentation des taux de calcium et du pH sanguin. Ces deux facteurs peuvent augmenter le HCO3- niveaux, conduisant à une alcalose métabolique et à une augmentation du CO2 [10, 11].

Le bicarbonate de sodium est parfois utilisé à l'hôpital pour traiter certaines conditions, comme les surdosages et les niveaux élevés de potassium (hyperkaliémie). Le bicarbonate de sodium augmente directement le HCO3- niveaux, ce qui peut conduire à une alcalose et à une augmentation du CO2 [10, 11].

Certains corticostéroïdes, tels que la dexaméthasone et la triamcinolone, peuvent modifier la façon dont les reins réabsorbent les électrolytes, ce qui entraîne également une augmentation du HCO3- niveaux [14, 15].

Facteurs environnementaux

Depuis le début de la révolution industrielle au XVIIIe siècle, les niveaux mondiaux de dioxyde de carbone ont presque doublé. Aujourd'hui, certaines régions du monde ont un taux de CO très élevé2 dans l'air, en raison de plusieurs facteurs tels que la pollution, la déforestation et les émissions provenant de la combustion de combustibles fossiles [16].

Une étude récente de 13 000 villes à travers le monde a révélé que les villes avec le plus de CO2 les émissions incluent Séoul, Corée du Sud Guangzhou, Chine et New York City, États-Unis L'utilisation de combustibles fossiles par les véhicules et les installations industrielles joue un rôle majeur dans le CO2 niveaux dans toutes ces villes [17].

La recherche montre qu'une combinaison de haute teneur en CO2, la pollution et le changement climatique ont des effets graves sur la santé humaine, tels que l'augmentation du risque de troubles pulmonaires, de maladies infectieuses, de malformations congénitales et de décès en général [18, 19].


Quelques faits intéressants sur le dioxyde de carbone

Il est intéressant de noter que la teneur en CO2 des gaz de cheminée et de l'air est suffisante pour rendre commercialement possible la récupération du dioxyde de carbone. Le processus de production de dioxyde de carbone à l'échelle commerciale nécessite qu'il soit purifié et récupéré via un flux gazeux riche en dioxyde de carbone en très grand volume. Cette vapeur est généralement créée comme une émanation d'un processus de production chimique à l'échelle industrielle.

De plus, le dioxyde de carbone dérivé de sources industrielles et naturelles est généralement utilisé dans la production de pétrole à partir de puits en transférant du dioxyde de carbone dans certaines formations souterraines.

Il convient également de noter que le dioxyde de carbone ne soutiendra pas la combustion car l'air contenant 10 % de CO2 éteindra une flamme nue. De plus, lorsqu'il est inhalé, il peut constituer une menace pour la vie. De tels types de concentration peuvent être accumulés dans des chambres de digestion, des silos, des puits, des égouts, etc. Une grande retenue doit cependant être prise lors de l'entrée dans de tels endroits.


Les niveaux de dioxyde de carbone à l'intérieur pourraient être un danger pour la santé, avertissent les scientifiques

Les niveaux intérieurs de dioxyde de carbone pourraient brouiller notre réflexion et pourraient même constituer un danger plus large pour la santé humaine, selon les chercheurs.

Alors que les polluants atmosphériques tels que les particules minuscules et les oxydes d'azote ont fait l'objet de nombreuses recherches, il y a eu beaucoup moins d'études sur l'impact du CO sur la santé.2.

Cependant, les auteurs de la dernière étude - qui passe en revue les preuves actuelles sur la question - disent qu'il existe un nombre croissant de recherches suggérant des niveaux de CO2 qui peuvent être trouvés dans les chambres à coucher, les salles de classe et les bureaux peuvent avoir des effets nocifs sur le corps, notamment affecter les performances cognitives.

« Il y a suffisamment de preuves pour s'inquiéter, pas assez pour s'alarmer. Mais il n'y a pas de temps à perdre », a déclaré le Dr Michael Hernke, co-auteur de l'étude de l'Université du Wisconsin-Madison, soulignant que des recherches supplémentaires étaient nécessaires.

Écrivant dans la revue Nature Sustainability, Hernke et ses collègues rapportent avoir examiné 18 études sur les niveaux de CO2 auxquels les humains sont exposés, ainsi que ses effets sur la santé des humains et des animaux.

Traditionnellement, dit l'équipe, on pensait que le CO2 les niveaux devraient atteindre une concentration très élevée d'au moins 5 000 parties par million (ppm) avant d'affecter la santé humaine. Mais un nombre croissant de recherches suggère que le CO2 des niveaux aussi bas que 1 000 ppm pourraient causer des problèmes de santé, même si l'exposition ne dure que quelques heures.

L'équipe a déclaré que les salles de classe, les bureaux et les chambres surpeuplées ou mal ventilées présentaient tous des niveaux de CO2 qui dépassent 1 000 ppm et sont des espaces dans lesquels les gens restent souvent plusieurs heures à la fois. Il a également été constaté que les trains et les avions climatisés dépassaient les 1 000 ppm.

"Les environnements intérieurs sont beaucoup plus préoccupants actuellement et pour de nombreuses personnes, c'est là qu'ils passent 60 à 80% de leur temps", a déclaré Hernke, bien que les projections suggèrent d'ici 2100 que certaines grandes villes pourraient atteindre le CO extérieur.2 niveaux de 1 000 ppm pour certaines parties de l'année.

L'équipe a découvert qu'un certain nombre d'études ont examiné l'impact de tels niveaux sur les performances cognitives et la productivité humaines. Dans une étude portant sur 24 employés, les scores cognitifs étaient 50 % inférieurs lorsque les participants étaient exposés à 1 400 ppm de CO2 contre 550 ppm au cours d'une journée de travail.

L'équipe a également examiné l'impact du CO2 sur les animaux, constatant qu'une exposition de quelques heures à 2 000 ppm était liée à des réponses inflammatoires pouvant endommager les vaisseaux sanguins. Il existe également des preuves provisoires suggérant qu'une exposition prolongée à des niveaux compris entre 2 000 et 3 000 ppm est liée à des effets tels que le stress, la calcification des reins et la déminéralisation des os.

L'équipe ajoute que l'augmentation des niveaux extérieurs de CO2 se traduira par une augmentation des niveaux intérieurs – une situation qui pourrait être exacerbée par une utilisation accrue de certaines unités de climatisation, des personnes passant plus de temps à l'intérieur, des techniques de construction économes en énergie et une urbanisation croissante.

Tout impact sur la santé, ajoutent-ils, pourrait être particulièrement problématique pour les enfants ou ceux qui ont des problèmes de santé qui pourraient exacerber les effets. Et même si les impacts sont réversibles, a déclaré Hernke, cela dépendrait de la capacité des personnes à accéder à de l'air avec de faibles niveaux de CO2. « La question est de savoir ce qui se passe à très long terme lorsque vous ne pouvez pas sortir et que, pour ainsi dire, ce carbone vous est aspiré ? »

Le Dr Gary Fuller, spécialiste de la pollution atmosphérique au King's College de Londres, a déclaré que son équipe avait mesuré le CO2 niveaux à Londres au cours de la dernière décennie. Alors que les niveaux atteignaient rarement 1 000 ppm, a-t-il déclaré, ils dépassaient souvent 750 ppm le long des routes très fréquentées. « À moins que nous ne décarbonions le chauffage et le transport, ces pics s'aggraveront à mesure que le contexte mondial augmente », a-t-il déclaré.


Une éponge pour absorber le dioxyde de carbone dans l'air

L'activité humaine conduit maintenant à l'équivalent de 40 milliards de tonnes de dioxyde de carbone émis dans l'atmosphère chaque année, nous mettant sur la bonne voie pour augmenter la température de la planète de 1,5 degré Celsius par rapport aux niveaux préindustriels d'ici 2040. Selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur le climat Changement climatique (GIEC), nous devons limiter le réchauffement climatique à 1,5 degré Celsius pour éviter les impacts les plus dangereux du changement climatique.

De plus en plus, les scientifiques reconnaissent que les technologies d'émissions négatives (NET) pour éliminer et séquestrer le dioxyde de carbone de l'atmosphère seront un élément essentiel de la stratégie d'atténuation du changement climatique. Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), un laboratoire de recherche multidisciplinaire du Département de l'énergie, poursuit un portefeuille de technologies d'émissions négatives et de recherches connexes. Celles-ci vont de la séquestration géologique et terrestre à la conversion en bioproduits, en passant par les réacteurs thermiques pour les carburants à hydrogène.

Une technologie prometteuse en cours de développement pour les NET est la capture du carbone à l'aide d'un matériau appelé MOF, ou cadre métal-organique. Jeffrey Long, scientifique principal à la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et également professeur au Collège de chimie de l'UC Berkeley, travaille avec ce matériau unique depuis plusieurs années.

Q. Qu'est-ce qu'un MOF et quel rôle peut-il jouer dans la réduction des émissions de CO2 ?

Le professeur Jeffrey Long photographié à l'UC Berkeley. (Photo avec l'aimable autorisation du professeur Long)

Un MOF, ou structure métal-organique, est un type de matériau solide très poreux et se comportant comme une éponge, capable d'absorber de grandes quantités d'une molécule de gaz spécifique, telle que le dioxyde de carbone. Ils existent depuis environ 20 ans et il y a eu une explosion de la recherche au cours de la dernière décennie, les scientifiques trouvant de plus en plus d'applications pratiques. La particularité des MOF est qu'ils ont des surfaces internes extrêmement élevées. Un seul gramme de MOF, une quantité similaire à un morceau de sucre, peut avoir une surface supérieure à celle d'un terrain de football. Par conséquent, s'il est conçu correctement, une petite quantité de MOF peut éliminer une énorme quantité de CO2 des gaz d'échappement produits par la combustion de combustibles fossiles.

Nous avons fait une découverte fortuite il y a quelques années que certains MOF peuvent capturer le dioxyde de carbone grâce à un mécanisme de type commutateur sans précédent. Nous avons encore optimisé le matériau pour une élimination efficace du CO2 d'un conduit de fumée de centrale électrique avant que le gaz ne pénètre dans l'atmosphère. Nous avons montré que la capture et la libération de dioxyde de carbone du MOF pouvaient être accomplies en utilisant des changements de température beaucoup plus faibles que ceux requis pour d'autres technologies, ce qui lui confère un grand avantage par rapport aux méthodes conventionnelles de capture du CO2. (Le CO2 adsorbé peut ensuite être utilisé dans d'autres produits.) Cette stratégie élimine le besoin de détourner la vapeur de haute valeur et haute température de la production d'électricité, évitant ainsi une forte augmentation du coût de l'électricité. Au cours de ces efforts, nous avons également montré que des variantes des MOF pourraient être efficaces pour l'élimination du CO2 d'autres mélanges gazeux, y compris le biogaz, le gaz naturel et même directement de l'air.

Pour la capture directe de l'air, les MOF sont la meilleure façon que nous ayons de le faire à mon avis. Pour la partie capture du carbone de BECCS (ou bioénergie avec capture et stockage du carbone, une technologie émergente d'émissions négatives), où vous faites essentiellement pousser des arbres ou des cultures, les brûlez pour le carburant, puis capturez et séquestrez ce CO2, je pense que les MOF pourraient également faire la partie capture mieux que tout autre matériel.

Q. Cela semble très prometteur. Quel est le statut de cette technologie maintenant? Est-il utilisé commercialement?

Une start-up appelée Mosaic Materials (dans laquelle j'ai une participation financière) a été créée en 2014 pour poursuivre la production commerciale de MOF pour divers procédés de séparation du CO2. Au Berkeley Lab, nous menons un projet financé par le National Energy Technology Laboratory (NETL) dans lequel nous travaillons avec Mosaic Materials et une société d'ingénierie canadienne appelée Svante pour réaliser une démonstration pilote pour une centrale au charbon.

Ici, l'utilisation du MOF dans un système de lit rotatif unique permet d'obtenir des temps de cycle de capture-libération rapides et une consommation d'énergie réduite. En fin de compte, il est envisagé que le déploiement commercial à grande échelle d'une telle technologie pourrait entraîner une réduction spectaculaire des coûts et de l'énergie associés à la capture du carbone, car elle est nécessairement mise en œuvre dans le monde entier.

Ailleurs, les MOF sont utilisés commercialement pour le stockage sûr d'autres gaz dangereux. Pour CO2capture, je dirais qu'ils sont maintenant sur le point d'être prêts pour un déploiement commercial.

Q. Si tel est le cas, quelles recherches supplémentaires sur les MOF sont nécessaires ?

Nous devons réduire considérablement le coût de la capture directe de l'air. C'est très cher à faire maintenant. Il existe déjà des entreprises qui le font - elles construisent des unités avec des ventilateurs soufflant de l'air à travers des appareils contenant des matériaux poreux - mais les matériaux utilisés ne sont pas très efficaces, ce qui rend les unités extrêmement coûteuses à exploiter. Le coût d'élimination du CO2 avec une telle technologie est actuellement de l'ordre de 500 $ à 1 000 $ la tonne. Nous devons concevoir des matériaux plus performants pour aider à réduire le coût en dessous de 100 $ la tonne.

Le principal problème derrière ce coût élevé est la quantité d'énergie nécessaire pour régénérer l'adsorbant, c'est-à-dire pour libérer le CO2 sous forme pure afin que le matériau puisse ensuite être utilisé à nouveau pour capturer plus de CO2. Ici, nous pensons que le mécanisme d'adsorption coopérative accessible dans les MOF pourrait réduire considérablement les besoins en chaleur et en vide pour la régénération.

Une autre considération, cependant, est l'énergie requise pour souffler de l'air. Si vous avez un flux d'air entrant qui représente 410 parties par million de CO2, l'une des difficultés est que la plupart des matériaux peuvent en éliminer une petite quantité et abaisser la concentration de CO2 à, disons, 300 ppm, capturant 25 % du CO2. C'est ce qu'on appelle le taux de capture. Et puis pour capturer plus, vous devez essentiellement faire circuler plus d'air à travers le matériau pour le remplir.

Mais avec un taux de capture de, disons, 90 %, vous pourriez réduire la concentration de CO2 à 40 parties par million en un seul passage. Cela signifie que vous soufflez beaucoup moins d'air pour éliminer le CO2 et donc économiser de l'énergie.

L'un de nos objectifs de recherche est de développer des matériaux qui ont une capacité élevée, un taux de capture élevé, une cinétique rapide d'adsorption du CO2 et une température de régénération faible, tout en limitant la co-adsorption de l'eau afin de ne pas gaspiller d'énergie sur sa désorption si vous n'en avez pas besoin. La cinétique signifie à quelle vitesse le CO2 est absorbé par le matériau.

Je pense qu'il est possible d'atteindre moins de 100 $ par tonne de CO2 extrait de l'air. Il y a encore beaucoup de recherches nécessaires pour y arriver. Nous devons vraiment repenser certaines des façons dont les matériaux sont conçus et comprendre comment manipuler des choses comme le delta-S (entropie) pour l'adsorption du CO2, de sorte que moins de chaleur soit nécessaire pour la libération de CO2.


Effets respiratoires

Le dioxyde de carbone est connu comme un asphyxiant, c'est-à-dire une substance qui se lie à votre sang à la place de l'oxygène. Le site Web eMedMag.com note que bien que la plupart des asphyxiants simples n'aient aucune toxicité intrinsèque, les cas d'empoisonnement au CO2 ont été liés à des dommages au système nerveux central et à une détérioration permanente des fonctions respiratoires. En raison de ces résultats, le CO2 est considéré non seulement comme un simple asphyxiant, mais aussi comme un gaz ayant des effets systémiques aigus.


Quels sont les effets du CO2 sur le corps humain ?

Le CO2 n'est pas toxique en tant que gaz, le CO2 en lui-même ne vous fera pas de mal. C'est un fait important à retenir, car le dioxyde de carbone est un élément vital de l'environnement. Le mécanisme de respiration humaine tourne autour du CO2, pas de l'oxygène. Sans dioxyde de carbone, les humains ne pourraient pas respirer. Ce n'est que lorsque le CO2 se concentre qu'il faut s'inquiéter.

Le dioxyde de carbone agit comme un simple asphyxiant, en d'autres termes, lorsque les niveaux de CO2 dans une pièce fermée augmentent, le dioxyde de carbone remplace l'oxygène dont votre corps a besoin. Lorsque votre corps ne peut pas obtenir d'oxygène, il ralentit et ne fonctionne pas correctement.

Parce que le dioxyde de carbone est un asphyxiant, il affecte principalement votre cerveau. À des niveaux de CO2 modérés, environ 1000 ppm, il y a des effets observables sur votre pensée. Ces mêmes niveaux réduisent également la concentration et la concentration, et créent une gêne due à la respiration d'air étouffant. Dans l'ensemble, des niveaux modérés de CO2, qui sont très courants dans les salles de réunion des bureaux, les écoles et même votre maison, ne permettront pas à votre corps de fonctionner de manière optimale.

À des niveaux plus élevés, environ 2500 ppm, il y a des réductions significatives du fonctionnement cognitif, en particulier pour les tâches qui nécessitent une réflexion de niveau supérieur. Les gens se sentent fatigués et déclarent avoir plus de maux de tête. Ces conditions sont moins courantes mais peuvent toujours se produire régulièrement dans les écoles et les bâtiments mal ventilés. Le tableau ci-dessous résume une étude qui montre comment le CO2 affecte le fonctionnement de votre cerveau.

Concentration de CO2 Effets sur la santé
<1000 ppm Effets limités ou inexistants sur la santé
1000 ppm-2500 ppm Fatigue, loss of focus and concentration, uncomfortable ‘stuffy’ feeling in the air
2500 ppm-5000 ppm Headache, drowsiness, tiredness
5000 ppm-40000 ppm Violates OSHA requirements, severe headaches, slight intoxication depending on the exposure time
40000 ppm-100000 ppm IDLH (Immediately dangerous to life or health), dizziness, increased heart rate, sweating, difficulty breathing seizures and loss of consciousness after prolonged exposure
>100000 ppm Loss of consciousness within minutes, coma, risk of death

If CO2 levels get severe (>50,000 ppm), it can also cause you to lose consciousness. If this occurs for long enough, death is a possibility. However, these conditions are unrealistic you would only encounter these conditions in exceptional circumstances, such as a leaky basement over an abandoned coal mine.

While these conditions are rare, even moderate CO2 levels (over 1000 ppm) can directly impact you, draining your concentration and energy levels. If you think you may be experiencing these symptoms, be sure to let in some fresh air by opening the windows, or you can try stepping outside for a few minutes to clear your head. The best thing you can do to prevent CO2 from building up too high is ventilating!

For more information on the sources of carbon dioxide, the effects of CO2 on human health, and what you should do if your CO2 levels get to high, check out our guide below!