De l’eau salée pour le climat: Brineworks repense l’électrolyse

De politicien du climat à fondateur d’une start-up de technologie climatique 

L’histoire des débuts de Brineworks ne peut être écrite que par la vie elle-même. D’un côté, il y a Gudfinnur Sveinsson, originaire d’Islande. Il consacre sa vie à la politique climatique et étudie la politique énergétique et environnementale à l’université Columbia de New York. Mais Gudfinnur Sveinsson ne veut pas se contenter de parler de protection du climat, il désire construire lui-même une solution efficace. Il cherche le dialogue avec de nombreux expert·e·s dans le monde entier et arrive à la conclusion suivante: 

Dès lors, Gudfinnur Sveinsson a une mission. Il se met à la recherche d’éventuels compagnons de route. La piste le mène au prestigieux Jaramillo Group de l’université de Stanford, l’un des groupes de recherche les plus importants au monde en matière d’électrochimie. Joseph T. Perryman y développe des technologies d’électrolyseur à membrane qui doivent permettre l’électrolyse d’eau contaminée pour la production d’hydrogène grâce à un système apparenté à celui de l’électrolyseur de prochaine génération de Brineworks pour la capture directe de CO₂. Gudfinnur Sveinsson lui envoie un e-mail. Puis un autre. Finalement, une conversation est organisée sur Zoom. Nous sommes en janvier 2023.

Lors de l’entretien via Zoom, Gudfinnur Sveinsson raconte son histoire, présente ses analyses de marché et politiques , ainsi que des calculs de coûts approximatifs. Son objectif est clair: construire une technologie Direct Air Capture (DAC) extrêmement rentable  , qui élimine du CO₂ de l’air et fonctionne uniquement avec de l’électricité renouvelable. Joe Perryman est immédiatement intéressé. Mais il y a un hic. 

Quelques jours plus tard, le rappel: sa partenaire est d’accord, Joe Perryman souhaite mettre en pratique ses années de recherche. Pendant les six mois qui suivent, les deux citoyens du monde travaillent sur leur idée. Puis ils trouvent effectivement un investisseur aux Pays-Bas et déménagent à Amsterdam. Brineworks était né.  

Un électrolyseur qui suit le rythme du soleil 

A Amsterdam commence le travail technique. L’équipe, qui s’est entre-temps étoffée de plusieurs spécialistes, développe l’architecture centrale d’un nouvel électrolyseur. Ils résolvent une tâche considérée jusqu’alors comme non résolue en électrochimie: 

• Des coûts d’investissement très faibles
• L’utilisation exclusive de matériaux présents en abondance sur la terre
• Une véritable fonction «on/off»: l’électrolyseur peut être allumé et éteint complètement 

Ce dernier point est important, car les sources d’énergie les moins chères sont aujourd’hui l’électricité solaire ou éolienne, ou l’électricité excédentaire du réseau. Si l’électrolyseur fonctionne uniquement lorsque ce courant est disponible, la production est moins chère. L’objectif de Brineworks est de réduire drastiquement le coût du captage d’une tonne de CO₂. Dans le domaine de la technologie DAC, un prix de 100 dollars par tonne de CO₂ est considéré comme un seuil décisif. Ce n’est qu’à ces coûts que la technologie DAC peut vraiment être utilisée à grande échelle, par exemple pour la production de carburants durables ou pour éliminer durablement du CO₂ de l’atmosphère. Mais les technologies disponibles aujourd’hui sont encore loin de cet objectif de coût.

De l’eau salée plutôt que des produits chimiques coûteux

De nombreuses technologies de Direct Air Capture de première génération, par exemple celles de pionniers tels que Climeworks ou Carbon Engineering, fonctionnent avec des processus à forte chaleur. Ils nécessitent en effet de la chaleur à haute température, des matériaux spéciaux et des installations qui ne peuvent être exploitées de manière rentable que sur quelques sites. 

Brineworks choisit une autre voie:

• Le CO₂ est absorbé dans une saumure  («brine» signifiant saumure en anglais). 
• L’électrolyseur traite cette solution par voie électrochimique, sans températures élevées, et en extrait le CO₂.
• Seule l’électricité est utilisée, aucune chaleur industrielle supplémentaire n’est nécessaire. 

Ainsi, l’électrolyseur peut en principe fonctionner partout où il y a du soleil ou du vent – avec une solution saline circulant en circuit fermé. Il n’est pas nécessaire d’utiliser des matériaux coûteux ni de recourir à une technique thermique complexe. Joe Perryman: «En résumé, nous absorbons du CO₂ dans une solution saline et le libérons avec notre électrolyseur. Ce faisant, nous produisons simultanément de l’hydrogène – et cela à un coût très faible.»

Des investisseurs·euses en guise de partenaires – dont Energie 360° 

Le fait que Brineworks exploite aujourd’hui son propre laboratoire et construise des installations pilotes à Amsterdam est étroitement lié à ses premiers·ières investisseurs·euses. Le premier bailleur de fonds a été l’un des  principaux fonds de technologie climatique du monde, Pale Blue Dot. Un autre investisseur est le fonds Smart Energy pour l’innovation d’Energie 360°. Tous deux sont pour Gudfinnur Sveinsson plus que de simples bailleurs de fonds: «Nous avons la chance que nos investisseurs·euses ne se contentent pas de donner de l’argent. Ils agissent comme des partenaires et apportent leur expérience, leurs contacts et leurs questions critiques.» 

Avec Energie 360°, les fondateurs discutent également de questions stratégiques: quelles applications seront servies en premier – l’élimination de Co2, les e-fuels ou l’utilisation industrielle? A quoi ressemble une mise à l’échelle progressive? Et quels sont les risques qui doivent d’abord être abordés pour que la technologie soit également rentable sur le plan commercial? Pour Energie 360° également, le partenariat avec Brineworks est passionnant.  

«Pour la transition énergétique, nous avons besoin à la fois d’e-fuels et d’élimination de CO₂. Pour cela, il faut deux choses: de l’hydrogène propre et du CO₂ propre. C’est précisément ici qu’intervient Brineworks. La technologie peut fournir les deux, rendant ainsi possible de nouveaux modèles commerciaux évolutifs. Pour cette raison, Brineworks s’intègre parfaitement dans notre portefeuille Carbon Management et Carbon Removal», explique Demis Acrostelli, Investment Manager au sein du fonds Smart Energy pour l’innovation d’Energie 360°.

Du laboratoire au pilote – puis à la gigatonne 

L’histoire de Brineworks est encore récente. Après la phase de conception en 2023 aux Etats-Unis, l’équipe lance la même année à Amsterdam les premiers prototypes de laboratoire. En 2024, elle construit un projet pilote à la Grande Canarie, au centre duquel se trouve l’électrolyseur . 

La prochaine étape majeure consiste maintenant à construire un pilote DAC complet à Amsterdam. Celui-ci devrait être opérationnel en 2026. Sa capacité: 25 tonnes de CO₂. Avec lui , Brineworks souhaite démontrer le processus complet, y compris les coûts et la consommation d’énergie. Une installation de démonstration devrait suivre dans les un à deux ans à venir, qui devrait déjà éliminer de l’air environ 1000 tonnes de CO₂ par an. Au plus tard en 2030, Brineworks souhaite proposer sa technologie à l’échelle entièrement commerciale, avec un coût d’environ 200 dollars par tonne. A l’avenir, la start-up vise moins de 100 dollars par tonne d’ici 2035. Pour réduire le poids du CO₂ dans l’atmosphère, les deux fondateurs ont misé sur une seule carte, comme l’explique Joe Perryman: «Nous sommes convaincus que l’année prochaine, ou au cours des deux prochaines années, nous verrons que nous avons développé l’une des solutions de Direct Air Capture les plus rentables au monde, si ce n’est la plus rentable. Il s’agira ensuite de les mettre à l’échelle dans le monde entier, en collaboration avec des partenaires stratégiques solides.»