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LE CAPTAGE DE CO2
Le paquet énergie-climat adopté par l'Union Européenne fixe comme objectif une amélioration de 20% de l'efficacité énergétique et de la réduction des émissions de CO2 à l'horizon 2020.
Les principaux responsables des rejets incriminés sont les énergies fossiles aux rangs desquels le pétrole, le gaz naturel et le charbon, dont la combustion produit du CO2.
Or, malgré les avancées en matière d'énergies renouvelables, ces combustibles devraient continuer à jouer un rôle fondamental pendant plusieurs décennies. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) prévoit en effet une progression de plus de 60 % de la consommation mondiale d'énergie entre 2000 et 2030, assurée à 90 % par les énergies fossiles.
L'industrie consomme actuellement près de 28 % de la production énergétique en France (au sens de l'énergie disponible pour la consommation finale, soit 45 Mtep/an) et représente environ 23 % des émissions de CO2, soit 30 Mt/an.
Ces émissions sont généralement centralisées, donc potentiellement bien adaptées à un captage du CO2 à la source, récemment mis en avant par le Président des Etats Unis, Barack Obama.
Une question se pose alors : comment limiter le volume de CO2 dégagé par les installations industrielles, qui seraient responsables de plus de 60% des émissions mondiales des gaz a effet de serre ? L'idée, la plus grandement répandue, est de récupérer le gaz là où il est produit, c'est-à-dire directement dans les usines incriminées, et de le réinjecter dans le sous-sol avant qu'il ne soit diffusé dans l'atmosphère. C'est la voie dite de « captage et stockage géologique ».
Mais si l’idée est simple sur le papier, dans la réalité on se heurte notamment à des problèmes techniques et à des problèmes de coûts.
LES PROGRAMMES EN COURS
Plusieurs programmes, dont Castor et Hypogen (programmes européens) et FutureGen (programme américain), ont été initiés depuis 2003, pour développer des technologies capables de capturer et de stocker le CO2.
Sur le plan technique, Castor prend le CO2 dans des fumées émises par la centrale : il s'agit d'un captage de « postcombustion ». Elles sont dirigées vers un absorbeur, dans lequel elles sont mélangées à un solvant. Ayant plus d'affinité chimique avec les molécules de gaz carbonique qu'avec celles des autres composants comme l'azote, le solvant les capture et rejette le reste. Ainsi près de 90 % du CO2 sont retenus par le solvant que l'on dit «enrichi », qui est ensuite dirigé vers un régénérateur. Cet appareil est porté à une température de 120° C afin de casser les liaisons et de libérer le gaz, qui est alors isolé et transporté vers le lieu de stockage.
Ce lieu de stockage est généralement un ancien site de production de gaz (comme le site de production du gaz de Lacq en France) qui peux être très éloigné du lieu de captage, et qui doit pouvoir garantir une sécurité optimale, le stockage de grandes quantités de déchet sous forme de gaz dans le sous-sol n’étant pas anodin (cf catastrophe du lac Nyos en Afrique).
Du point de vue des coûts, outre l’exploitation et la surveillance du site de stockage, c'est d'abord sur les technologies de captage que des progrès notables doivent être faits. Cette étape, qui représente environ 70 % du coût total de la filière, nécessite un apport énergétique significatif, générant des coûts élevés et des émissions secondaires de CO2. Ainsi, les procédés déjà connus pour la capture au sein des fumées industrielles coûtent de 50 à 60 euros par tonne de CO2, hors coût de transport et de stockage.
LES FOCUS LES FOCUS LES FOCUS LES FOCUS LES FOCUS LES FOCUS
Le coût et l’impact sur la production de tels dispositifs ne sont pas les seules difficultés à franchir avant de généraliser cette nouvelle technologie. Car la pertinence écologique des moyens de séquestration du carbone reste encore à démontrer et dépend des caractéristiques de chaque milieu géologique concerné.
Un chantier de recherche qui s’annonce aussi bien colossal qu’indispensable à l’heure où le développement des moyens de production thermique reste en progression à l’échelle mondiale. En effet, de nombreux pays développés ou émergents comme la Chine, l’Inde ou plus près de nous, l’Allemagne et la Pologne, ne semblent pas en position de renoncer au charbon et les technologies de captage-stockage du CO2 s’avéreront alors plus que nécessaires dans la lutte contre le réchauffement climatique.
UNE AUTRE VOIE DE RECHERCHE PROMETTEUSE
Une autre voie de recherche sur le captage de CO2 à la source consiste à piéger ce gaz à l’intérieur d’un matériau nano-poreux sous forme de poudre, comme le MIL-101 inventée par l’Institut Lavoisier (de l’UVSQ à Versailles), qui est capable de retenir quatre cents fois son volume de CO2 à température ambiante sans augmenter son volume.
Ce résultat n'a rien de fortuit. Depuis longtemps, les solides poreux, dont il existe une variété naturelle, les zéolithes (roches alumino-silicatées à structure en canaux), focalisent l'intérêt des laboratoires. Dans un volume faible, ils offrent dans leurs cavités microscopiques une surface très importante (plusieurs centaines de mètres carrés par gramme) sur laquelle peuvent se fixer, par adsorption, toutes sortes de molécules, y compris des gaz. Ils peuvent notamment séparer ou stocker des gaz comme l'hydrogène (utiles pour les piles à combustible), le méthane ou le gaz carbonique, mais aussi permettre une extraction ou un piégeage sélectif de solvants ou de polluants inorganiques.
Ces solides poreux deviennent alors des matériaux stratégiques en termes d'énergie et de développement durable. Ils facilitent ainsi les réactions chimiques et s'utilisent comme catalyseurs dans de nombreux domaines, par exemple en pétrochimie. Ils sont également capables de piéger les pollutions au sein de leur structure cristalline, limitant ainsi fortement la biodisponibilité et donc la toxicité des contaminants. Ils pourraient également être utilisés pour capter des gaz, notamment l'hydrogène et le CO2, en alternative au stockage sous forme liquide ou sous pression.
Ces roches, bien que moins efficaces que les matériaux de synthèse comme le MIL-101, on l’avantage d’être naturelles, éco-compatibles (pas de traitement préalable, pas de principes actifs relargués), et à très faible coût (5 à 10 dollars la tonne) comparées à leurs homologues de synthèse. Elles sont également disponibles en très grandes quantités (mines exploitées en Serbie et en Roumanie par exemple).
L’analyse du contexte actuel montre que l’option du stockage géologique de CO2 gazeux est très majoritairement mise en avant, malgré un aspect technique très contraignant (découverte de sites de stockages souterrains appropriés, transport de gaz sur longue distance, sécurité du stockage, utilisation de solvants et coûts importants), alors que l’option d’un piégeage par voie solide, dont la possibilité technique a été démontrée, fait l’objet de très peu d’études. Cette option possède cependant un grand nombre d’avantages, comme le montre la filière de piégeage et de valorisation du SO2 (désulfuration) basée sur le même principe et actuellement pleinement opérationnelle.
En effet, le captage de gaz par un solide éco-compatible (pouvant être stocké à l’air sans entrer dans la catégorie déchet) permet de stabiliser le gaz émis sous forme solide (gypse pour le SO2, calcaire pour le CO2), ce qui facilite sa manipulation, son transport, son stockage, et peut également déboucher sur des filières de valorisation (vers l’industrie cimentaire, le BTP, l’épandage sur sols acides, ou le remblaiement de carrières par exemple).
Focus au 15/12/2015
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Dans les deux autres projets, le principe technique est différent : il s'agit d'isoler le CO2 dans des conditions particulières de pression et de concentration, par une technique dite de capture en « pré-combustion ».
La chaîne est la suivante : on transforme d'abord le combustible en un « gaz de synthèse » composé d'hydrogène et de monoxyde de carbone ; ensuite ce dernier, dans un réacteur dit de « Shift » produit du CO2 et de l'hydrogène supplémentaire. Le CO2 est alors mis sous pression pour être stocké dans le sous-sol. L'hydrogène ainsi produit est utilisé dans une centrale thermique pour générer de l'électricité à l'aide d'une turbine ad hoc.
Les coûts associés à ces deux projets sont très ambitieux : 1 milliard de dollars d'investissements sur 10 ans pour la centrale américaine, contre 1,3 milliard d'euros sur 10 ans pour l'Europe.
