Une équipe de recherche dirigée par le professeur Wang Tao, du Laboratoire national clé de l'utilisation propre de l'énergie et du Département de chimie de l'Université du Zhejiang (Chine), a récemment publié une étude dans Chemical Engineering Journal, proposant une technique de prétraitement par activation hydrothermale pour améliorer l'efficacité de séquestration du CO₂ des scories de magnésium. Cette technique augmente la vitesse de réaction de carbonatation des scories de 1 à 2 ordres de grandeur. Dans des conditions optimales, le taux d'absorption du CO₂ est 38,3 % plus élevé que celui de la carbonatation directe. Chaque tonne de scories de magnésium peut ainsi piéger 146,7 kg de CO₂, et le bilan carbone net sur l'ensemble du cycle de vie atteint -134,15 kg équivalent CO₂ par tonne de résidu.
Les scories de magnésium sont des déchets solides industriels alcalins issus de la production de magnésium métallique. La fabrication d'une tonne de magnésium génère entre 4,8 et 5,5 tonnes de scories. En 2024, la Chine en a produit entre 4,9 et 5,7 millions de tonnes, avec un stock accumulé dépassant 60 millions de tonnes et un taux d'utilisation globale inférieur à 20 %. Bien que les scories de magnésium soient riches en minéraux de calcium et de silicium, les techniques de carbonatation traditionnelles sont confrontées à des goulots d'étranglement majeurs, notamment la formation d'une couche dense de produits entravant le transfert de matière, et la concurrence pour l'eau entre l'hydratation et la carbonatation en cas d'élévation de température.
En utilisant comme matière première les résidus de réduction issus du procédé Pidgeon pour la production de magnésium, l'équipe a démontré qu'en carbonatation directe, lorsque la température dépasse 40 °C, l'hydratation devient prédominante et consomme l'eau du milieu, entraînant une détérioration de l'efficacité de carbonatation. Le prétraitement par activation hydrothermale repose sur un double mécanisme : d'une part, la génération de produits d'hydratation très réactifs qui fournissent des sites de réaction ; d'autre part, l'optimisation de la structure poreuse qui atténue les limitations de transfert de matière. Ce procédé permet ainsi de dissocier avec succès le conflit thermique entre hydratation et carbonatation. Les conditions optimales sont une activation à 60 °C pendant 12 heures.
L'étude révèle également un effet de seuil pour l'activation hydrothermale : une activation modérée permet une carbonatation profonde, tandis qu'une activation excessive entraîne une accumulation des produits d'hydratation qui recouvrent les sites actifs et obstruent les voies de transfert de matière. L'analyse du cycle de vie montre que l'utilisation de chaleur fatale industrielle ou d'électricité verte pourrait réduire davantage les émissions de carbone de ce procédé.
