Depuis le début de l'ère industrielle, la concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère est passée d'environ 280 ppm à plus de 420 ppm aujourd'hui. Ce gaz à effet de serre est en grande partie responsable du réchauffement climatique. Pour limiter l'augmentation de la température moyenne mondiale, différentes mesures d'atténuation sont envisagées : réduction des émissions, capture et stockage du \ce{CO2}, développement des énergies renouvelables, etc.
Dans ce problème, on s'intéresse à une technique de captage du dioxyde de carbone par absorption chimique, afin d'évaluer son efficacité potentielle. Ce procédé peux être modélisé par la réaction simplifiée d'absorption du \ce{CO2} par une solution d'hydroxyde de sodium :
\text{CO}_2\ +2\text{ NaOH} \longrightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3\ +\text{ H}_2\text{O}
Données :
- masse molaire du dioxyde de carbone : \text{M(CO}_2\text{)}=44{,}0\text{ g/mol} ;
- masse molaire de l'hydroxyde de sodium : \text{M(NaOH)}=40{,}0\text{ g/mol} ;
- émissions annuelles mondiales de \ce{CO2} en 2022 : 36\text{ Gt} ;
- production mondiale annuelle d'hydroxyde de sodium : 100\text{ millions de tonnes}.
Quelle est la quantité de matière de dioxyde de carbone correspondant à 1,00 tonne de \ce{CO2} ?
Données :
- la quantité de matière (notée n en mol) est liée à la masse (notée m en g) et à la masse molaire (notée M en g/mol) par la relation : n=\dfrac{m}{M} ;
- 1{,}00\text{ tonne}=1{,}00\times10^6\text{ g}.
La quantité de matière (notée n en mol) est liée à la masse (notée m en g) et à la masse molaire (notée M en g/mol) par la relation :
n=\dfrac{m}{M}
On effectue l'application numérique :
n=\dfrac{1{,}00\times10^6}{44{,}0}=2{,}27\times10^4\text{ mol}
La quantité de matière correspondante est de 2{,}27\times10^4\text{ mol}.
En s'appuyant sur l'équation de la réaction et en considérant que cette dernière est totale, quelle est la quantité de matière d'hydroxyde de sodium nécessaire pour réagir avec 1,00 tonne de \ce{CO2} ?
D'après l'équation de la réaction, pour 1 molécule de dioxyde de carbone, il faut 2 molécules d'hydroxyde de sodium.
On en déduit donc la relation entre les quantités de matière des deux espèces chimiques :
n_{\ce{NaOH}}=2\times n_{\ce{CO2}}
On connaît la quantité de matière correspondant à 1 tonne de dioxyde de carbone :
n_{\text{CO}_2} = 2{,}27\times10^4\text{ mol}
On effectue l'application numérique :
n_{\ce{NaOH}}=2\times 2{,}27\times10^4\text{ mol}\\n_{\ce{NaOH}}=4{,}54\times10^4\text{ mol}
La quantité de matière correspondante est de 4{,}54\times10^4\text{ mol}.
Quelle est la masse d'hydroxyde de sodium correspond à cette quantité de matière ?
La quantité de matière (notée n en mol) est liée à la masse (notée m en g) et à la masse molaire (notée M en g/mol) par la relation : n=\dfrac{m}{M}
On isole la masse :
m=n\times M
On effectue l'application numérique :
m=4{,}54\times10^4\times40{,}0\\m=1{,}82\times10^6\text{g}\\m=1{,}82\text{ tonne}
La masse correspondante est de 1,82 tonne.
Quelle est la masse totale d'hydroxyde de sodium nécessaire pour absorber la totalité des émissions de dioxyde de carbone de 2022 ?
Donnée : 1\text{ Gt}=1\times10^9\text{ tonnes}
D'après l'énoncé, on sait que l'ensemble des émissions de dioxyde de carbone de 2022 corresponde à 36\text{ Gt}.
On peu convertir cette valeur en tonnes :
36\text{ Gt}=36\times10^9\text{ tonnes}
On sait que pour 1,00 tonne de dioxyde de carbone, il faut 1,82 tonne d'hydroxyde de sodium.
On peut donc effectuer le calcul suivant :
36\times10^9\times1{,}82=66\times10^9\text{ tonnes}
On peut reconvertir en \text{Gt} :
66\times10^9\text{ tonnes}=66\text{ Gt}
La masse totale d'hydroxyde de sodium nécessaire est de 66\text{ Gt}.
En supposant que l'ensemble de la production mondiale annuelle d'hydroxyde de sodium soit utilisée pour absorber du dioxyde de carbone, quel est le pourcentage des émissions de 2022 qui auraient pu être absorbées ?
Donnée : 1\text{ million de tonnes}=1\times10^6\text{ tonnes}
On convertit la production mondiale d'hydroxyde de sodium en tonnes :
100\text{ millions de tonnes}=100\times10^6\text{ tonnes}=1{,}00\times10^8\text{ tonnes}
On sait qu'il faudrait 66\times10^9\text{ tonnes} pour absorber la totalité des émissions de dioxyde de carbone de 2022.
On calcule le pourcentage :
\dfrac{1{,}00\times10^8\times100}{66\times10^9}=0{,}15 \text{ \%}
La production annuelle mondiale d'hydroxyde de sodium couvrirait 0{,}15 \text{ \%} des émissions de dioxyde de carbone.