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La première usine a émission négative ouvre en Islande : transformer du CO2 en pierre, utopie ou avenir ?
Publié le 22 octobre 2017
Une première usine "à émission négative" a été installée en Islande, mais de nombreux obstacles restent à franchir afin de déployer cette technologie de stockage du CO2 à grande échelle.
Myriam Maestroni est présidente d'Economie d'Energie et de la Fondation E5T. Elle a remporté le Women's Award de La Tribune dans la catégorie "Green Business". Elle a accompli toute sa carrière dans le secteur de l'énergie. Après huit...
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Stephan Silvestre est ingénieur en optique physique et docteur en sciences économiques. Il est professeur à la Paris School of Business, membre de la chaire des risques énergétiques.Il est le co-auteur de Perspectives énergétiques (2013, Ellipses) et de...
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Une première usine "à émission négative" a été installée en Islande, mais de nombreux obstacles restent à franchir afin de déployer cette technologie de stockage du CO2 à grande échelle.

Quelles sont ces technologies de stockage du CO2 atmosphérique et en quoi consistent-elles ?

Stephan Silvestre : On parle plus précisément de captage et stockage du CO2 (CCS en anglais). Ces deux phases appellent différentes technologies et différentes contraintes. Il existe deux types d’installations : celles qui sont destinées à purifier l’air atmosphérique et celles qui sont placées dans les sites producteurs de CO2, comme les centrales thermiques ; beaucoup de projets existent aussi dans le cadre de puits pétroliers : il s’agit d’améliorer le taux de récupération de pétrole en injectant du CO2 liquéfié (technique EOR). La phase de captage est la plus complexe techniquement, surtout dans le premier cas : le CO2 est, certes, trop présent dans l’atmosphère, mais il n’y est qu’à hauteur de 0,04%, ce qui implique des techniques de récupération chimique assez sophistiquées, comme l’oxycombustion. Ces installations sont assez consommatrices d’énergie, ce qui dégrade le rendement des centrales, donc renchérit le coût de l’électricité produite. La seconde phase, le stockage, ou séquestration, consiste à enfermer le CO2 récupéré dans des réservoirs souterrains suffisamment vastes et étanches. Pour ce faire on a recours à d’anciens réservoirs d’hydrocarbures (pétrole ou gaz), des aquifères salins, d’anciennes mines de charbon ou de sel. Cette opération est assez simple, au moyen de gazoducs conventionnels, mais elle s’avère très onéreuse en raison de l’éloignement des réservoirs, surtout dans le cas d’une installation sur site émetteur, qui peut se trouver très distante d’un réservoir approprié. D’autres pistes ont été investiguées, comme le stockage océanique ou l’inertage (absorption dans des matériaux spécifiques), mais sans aboutir : dans le premier cas, l’impact environnemental est encore méconnu et dans le second, l’opération est très onéreuse et énergivore.

Myriam Maestroni : Ces technologies, également désignées comme CCS (Capture -ou Captage- et Stockage du CO2), concernent en priorité les industries lourdes -telles que les aciéries, cimenteries ou encore les raffineries et centrales thermiques- responsables de près du tiers des émissions de CO2 dans le monde.Il s’agit de récupérer le CO2, émis par ces industries et ensuite de le transporter par canalisations, bateaux, ou encore par camions s’il s’agit de petites quantités, pour le stocker dans des sites adaptés. Pourtant si l’idée parait simple la mise en œuvre de ces technologies est relativement lourde et donc couteuse. 

En effet, la captation du CO2 suppose d’abord de le séparer des autres gaz de combustion. Cette opération peut avoir lieu à différentes étapes de la combustion (avant, pendant ou après) et s’appuyer selon les cas sur des technologies différentes. 

En phase de précombustion, il va s’agir de modifier l’ensemble du processus de combustion. Cette technologie qui consiste à extraire le C02 par l’utilisation d’un solvant, typiquement du méthanol, et à produire de l’énergie grâce à l’hydrogène (issu d’une des étapes du processus) ne peut essentiellement s’appliquer que sur des unités neuves conçues en conséquence.

Elle peut également avoir lieu pendant la combustion grâce à un processus d’oxycombustion qui consiste à injecter de l’oxygène pur et non pas de l’air (nécessaire à la combustion). Cela permet d’éviter de l’azote (N2) dans le foyer de combustion et donc de le retrouver dans les gaz résultant de la combustion, avec, pour effet,de faciliter la récupération du CO2 par simple lavage et déshydratation des fumées. La difficulté, dans ce cas de figure ,est qu’il est nécessaire de produire de grosses quantités d’oxygène qu’il faut récupérer de l’air par différents procédés (cryogénie, système de membranes sélectives…).

Enfin, on peut aussi récupérer le CO2 en phase de post-combustion. Dans ce cas il s’agit de traiter les gaz de combustion, qui contiennent aussi de l’azote (N2) provenant de l’air permettant la combustion, de l’oxygène (02), de l’eau (H2O), des oxydes d’azote et de soufre (NOx et SOx) essentiellement et bien sûr du CO2 qu’il s’agit d’extraire.

Le procédé le plus commun de capture du CO2 consiste à utiliser un solvant capable de se lier avec les molécules de CO2 (dans certaines conditions de pression et de température). Ce solvant (en général le MEA -monoéthanolamine-, solution d’eau et d’amine) mis en contact avec les gaz de combustion va, en quelque sorte,dans un premier temps, piéger les molécules de CO2,et dans un deuxième temps, ce solvant va être re-traité (« régénéré ») dans un autre compartiment pour libérer les molécules de CO2 qui s’y étaient fixés. Le reste des gaz de combustion alors appauvri en CO2 est libéré dans l’atmosphère.

Il est à noter qu’au-delà de l’utilisation de solvants (dont plusieurs sont à l’étude pour limiter les coûts, réduire l’énergie de régénération et les impacts environnementaux) il existe d’autres procédés comme la capture de CO2 (par cryogénie, par exemple, c’est-à-dire en refroidissant les gaz de combustion jusqu’à moins 80 à 120°C pour congeler le CO2).

Ces différents procédés permettent d’atteindre des taux de capture du CO2 de l’ordre de 80 à 95% en moyenne, mais supposent des installations assez imposantes, des consommations d’énergie et de solvants, et donc des coûts conséquents.

Une fois récupéré, le CO2 doit être stocké dans des lieux garantissant sa séquestration sur de longues périodes (plusieurs siècles) à l’abri de l’atmosphère. Pour ce faire, on a, en général, recours à trois types de lieux, notamment les formations géologiques profondestelles que les gisements d’hydrocarbures -pétrole et gaz- en voie d’épuisement, des aquifères profonds, ou les veines de charbon non exploitées. En clair il s’agit de remettre dans le sous-sol, sous forme de CO2, une partie du carbone qu’on y a extrait sous formes d’hydrocarbures ou de charbon.Signalons que l’on peut aussi réutiliser ce CO2 (notamment celui capturé en post-combustion et s’il est très pur) pour d’autres usages, tels la fabrication des sodas ou eaux gazeuses (on parle alors de CO2 alimentaire) ou encore en substitution des engrais (dans ce cas même en capture de CO2 de l’air) mais il s’agit encore ou de petites quantités et/ou de pratiques encore limitées. 

Les opérations de capture et de stockage du CO2 « massives »sont en phase d’expérimentation à la fois sur des sites neufs et existants, car elles supposent une problématique technico-économique se traduisant par diverses questions de fond. En effet, et pour ne citer que quelques exemples, il faut prendre en compte le coût en énergie de la propre capture du CO2 (désignée comme « pénalité énergétique » notamment dans le cas des centrales de production d’électricité pour qui l’opération peut supposer des consommations de l’ordre de 25%, voire plus, de l’énergie produite), les surcoûts d’investissements dans la construction des centrales (évaluée à 40% en moyenne selon l’Institut Français du Pétrole et des Energies Nouvelles), mais aussi les coûts et les risques liés à l’injection et sites de stockage eux-mêmes (capacité de confinage ou risques de fuite sur le long terme, etc).

Une usine a été créée en Islande et aussi en Chine. L'usine en Islande arrive à capter environ 50 tonnes de CO2 par an, soit ce que consomme en moyenne un foyer aux États-Unis. Mais la crise écologique doit se traiter dans l'urgence: àquel rythme ces initiatives peuvent-elles avoir un impact réel ?

Stephan Silvestre : Il existe une quinzaine de projets dans le monde, dont huit en Chine. Presque tous sont liés à des industries fortement émettrices, qui cherchent ainsi à minimiser leur impact, surtout des compagnies pétrolières. C’est le cas du projet Yanchang Integrated Carbon Capture and Storage, qui devrait être opérant en 2018 et qui vise une capacité de 360 kt/an. Avec ses sept autres projets, la Chine espère atteindre 800 kt/an d’ici 2020. Si tant est qu’il soit atteint, ce chiffre est à rapprocher des émissions annuelles du pays, soit 10 milliards de tonnes(10 millions de kt) en 2015. Le projet islandais n’est pas lié à un site émetteur. C’est un projet expérimental visant à développer une technique de conversion du CO2 en calcite en profitant des conditions géologiques très favorables de ce pays. Cependant, son envergure est modeste (on espère, au mieux, 10 kt/an) et cette technique consomme énormément d’eau. On voit que même en accélérant la marche, cette solution n’a aucune chance de réduire significativement les 36 milliards de tonnées émises chaque année par l’humanité.

Myriam Maestroni : Aujourd’hui les experts sont de de plus en plus nombreux à considérer que sans un recours massif à des technologies de suppression du CO2 de l’atmosphère, l’objectif de rester en deçà de 2°C risque d’être inatteignable.Rappelons que le CO2 (ou dioxyde de carbone), résultat de la combustion des énergies fossiles, utilisées de façon intensive depuis la révolution industrielle, est le gaz identifié comme principal responsable de l’effet de serre et donc du réchauffement de notre planète. Cette question devenue majeure est désormais bien connue du grand public, et bien sûr, des Français, fortement sensibilisés au phénomène depuis la COP 21 qui a permis la signature des Accords de Paris… et pour cause… Selon les experts du GIEC (Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’évolution du climat) pour contenir le réchauffement sous la barre critique des 2°C, notre « budget » carbone restant est moins de 600 Gt de CO2-soit 600 milliards de tonnes-. C’est un peu moins de 400G t si on vise 1,5°C. Or au niveau actuel des émissions mondiales –de l’ordre de 39 Gt de CO2/an- la limite inférieure de 1,5°C sera atteinte en moins de 4 ans. Cela signifie que pour réussir à atteindre l’objectif des accords de Paris, les émissions de CO2 doivent culminer d’ici à 2020 avant de réduire drastiquement pour parvenir à zéro émission en 20 ans, c’est à dire au plus tard avant 2040. C’est une ambition extrêmement forte surtout quand on la met en perspective avec nos modes de vie hérités de la révolution industrielle et encore extrêmement énergétivores, le développement -largement dépendant de la consommation d’énergie- de la plupart des pays de la planète, l’accès à l’énergie de plus d’un milliard d’êtres humains qui en sont encore privés, de la démographie croissante, pour ne citer que quelques enjeux. C’est la raison pour laquelle la mobilisation autour de l’ensemble des mesures visant à favoriser la transition énergétique vers une économie décarbonée est si importante. Ces mesures poursuivent toute le même objectif de réduire les émissions de CO2 en favorisant essentiellement les énergies renouvelables, l’efficacité et la sobriété énergétique d’une part, mais aussi également en capturant le CO2 atmosphérique d’autre part. Tout compte…

Il est clair que nos économies doivent désormais très vite apprendre à tenir compte des externalités, c’est-à-dire des coûts ou bénéfices qui vont être directement ou indirectement associés à nos pratiques de l’ancien monde. Cela est vrai sur un plan général. Pour revenir, cependant, à notre souci de capture et stockage du CO2, il est évident qu’une des façons d’accélérer les projets et de les massifier serait, bien sûr, de pouvoir considérer un prix du carbone en lien direct avec les dommages environnementaux et climatiques causés. Un élément déterminant est en effet le coût du procédé, évalué entre 50 à 100€/tonne de CO2 (60€ selon le GIEC dont 85% pour le seul captage)… et à mettre en perspective avec un prix de la tonne de CO2 sur les marchés internationaux extrêmement faible (de l’ordre de 6 à 8€/tonne). Pour le dire en termes plus crûs… le prix pour être vertueux est aujourd’hui supérieur à celui de ne pas l’être… difficile donc encore de susciter une logique d’investissement, de recherche et développement réellement durable dans ces conditions. Cette approche est au cœur des réflexions les plus en pointe qu’il s’agisse des gouvernements (à celui de Trump près...), des économistes, des investisseurs, et des dirigeants. Une mobilisation généralisée, qui même, si encore trop timide, ouvrira un champ énorme de possibles.

L’ensemble des pratiques allant en ce senspourra alors servir de base à des déploiements plus massifs. Bien sûr le captage et le stockage du CO2, dont de nombreux projets sont en cours, partout dans le monde –Europe, Amérique du Nord, Chine, Australie…- en constitue un excellent exemple.

C’est d’ailleurs dans ce contexte que ces différents exemples, qui sont d’ailleurs autant de cas particuliers, dont ceux que vous citez prennent tout leur sens. Ainsi, est-il essentiel de suivre toutes ces avancées sans forcément se focaliser uniquement sur leur taille et donc sur leur impact actuel.

Le projet de la centrale électrique islandaise de « transformer le CO2 en pierres » appelé « projet CarFix » est d’ailleurs un de de ces cas particuliers. En effet, les émissions de CO2 proviennent d’une centrale géothermique… surprenant car on est en plein dans une des énergies renouvelables qui permettra d’aller vers un monde décarboné. Il faut juste préciser que les quantités de CO2 émises sont environ égales à 5% de ce qu’émettrait une centrale de puissance équivalente au charbon. Néanmoins, l’Islande soucieuse de sa contribution à la lutte contre le changement climatique, dont les effets se font sentir au quotidien, a décidé, avec des équipes de chercheurs de l’Université de Columbia aux Etats Unis (et sans doute trouvant trop peu d’échos dans leur propre pays pour le moment…) de mettre enplace une technologie permettant d’injecter les émissions de la centrale (mélange de C02, de sulfure d’hydrogène et autres gaz) dans la roche souterraine -basalte- à environ 500 mètres de profondeur. Une fois dans le substrat basaltique, les gaz se mélangent avec l’eau et sous l’effet de la pression et de la température il y a une réaction qui permettrait en seulement deux ans de les transformer en veines crayeuses dans le sol, évitant ainsi tout risque de fuite et à coût énergétique réduit. Une expérience transformant le carbone en pierre, presque alchimique, à l’heure de l’urgence climatiqueque vous rappelez à juste titre, qui ne sera sans doute pas reproductible à l’envie mais à suivre… comme toutes les autres.

Selon un rapport de l'American Physical Society publié en 2011, le coût de captation d'une tonne équivaudrait à entre 600 et 1000 dollars. Les technologies vont-elles progresser pour être abordable au niveau du prix et qu'est ce qui est envisageable concrètement comme plan ?

Stephan Silvestre : Ces chiffres datent un peu. Aujourd’hui, on est plutôt entre 50 et 100 dollars par tonne. Mais c’est la bonne question ! Tout le problème est là. Pour que l’élimination du CO2 présente un intérêt industriel susceptible de faire baisser ses coûts, il n’y a que deux solutions. La première est de pouvoir valoriser les produits issus de ce processus, comme, par exemple, des plastiques, des engrais, voire des carburants. Pour le moment, on n’y est pas encore, mais cela peut progresser. Seule la technique EOR, qui permet de récupérer davantage de pétrole, offre un intérêt économique. L’autre solution est de fixer un prix élevé à la tonne de CO2, via les droits d’émission de CO2. Au-delà de 60 $/t, les industriels pourraient s’y retrouver. Or aujourd’hui les certificats d’émission s’échangent sur les marchés autour de 5 ou 6 $/t. C’est pourquoi les pouvoirs publics, à commencer par la Commission européenne, s’efforcent d’imposer un prix réglementaire, au minimum de 30 $/t. Mais on voit que le chemin est long avant d’espérer réduire les émissions mondiales. Pour le moment, la solution la plus efficace reste la séquestration naturelle, via les forêts et la végétation (bien qu’elle soit assez temporaire) ou via les océans. 

Myriam Maestroni : Ces chiffres me paraissent bien supérieurs à ceux envisagés, et déjà élevés à présent… mais peut être est-on dans l’American mania de souvent rajouter un 0… 

En tout état de cause la logique de prix ne veut rien dire en soi. Ce qui compte est la façon de la prendre en compte dans une équation investissement-coût-bénéfices… qui, on l’a vu devra tôt ou tard inclure le prix des externalités négatives et donc d’une tonne de C02 qui doit se caler sur une logique de prix finalement assez proche de celle que nous avons vécu pour le prix du baril de pétrole que l’on a vu fluctuer de 20 à 200$... Je simplifie bien sûr à outrance la comparaison qui n’est pas un calcul…  mais c’est juste pour souligner que si tout le monde est bien informé du prix de baril de pétrole on l’est encore trop peu de celui du carbone très en deça du prix réel à payer pour prendre en compte les conséquences dramatiques et extrêmement couteuses des épisodes climatiques extrêmes (incendies, typhon, cyclones, inondations…). D’autant que l’ on n’a pas encore complètement intégré les conséquences sur l’eau potable tout aussi nécessaire à la vie que l’air et la bonne frange de température notamment permis par une atmosphère terrestre très fine et bien fragile (10 km à comparer au rayon de 6500km de notre planète).

De cette approche économique caractéristique de la nouvelle économie qui a bien vocation à prendre en compte les externalités, on peut déduire des mesures. L’annonce visant à remonter le prix du carbone dans notre pays, ou la prise en compte d’un prix notionnel du carbone pour les investissements, ou l’idée de mettre en place des mesures fiscales innovantes ciblées telles que celles que nous connaissons pour inciter les ménages à investir dans la performance énergétique de leur logement  grâce aux écoprimes (adossées aux certificats d’économie d’énergie), ou encore des systèmes de taxes dédiées (en Norvège le CO2 du gisement de Sleipner situé au centre de la mer du Nord à 200 kilomètres environ des côtes norvégiennes est réinjecté en quantité considérable -un million de tonnes par an- dans le plus grand aquifère salin local à près de 1000 mètres sous le plancher océanique, et les frais d’injection sont compensées par l’existence en Norvège d’une taxe sur les émissions de CO2 offshore) sont autant d’exemples de cette approche innovante permettant de réorienter les investissements.

Cela ne signifie, en aucun cas, que l’on ne va pas voir les coûts de CCS se réduire à l’instar de ce que l’on a connu dans le solaire. A ce titre il est intéressant de signaler qu’en Inde, l’usine chimique Tuticorin Alkali Chemicalsa fait appel aux services d’une start up, née en Inde et désormais implanté en grande Bretagne, Carbon Clean Solutions (CCSL) pour capturer le CO2 en sortie de la centrale à charbon à proximité. A défaut d’être motivé par le souci de l'environnement, ce projet avait vocation à s'assurer un approvisionnement fiable et peu coûteux en CO2, matière première indispensable aux activités du chimiste. Ce qu’il est intéressant de noterest que le solvant mis au point par les deux jeunes chimistes, fondateurs de la start up,permet de séparer les molécules dans un flux de gaz pour un coût environ deux fois inférieur à celui des technologies aujourd'hui en vigueur, soit un coût de la tonne capturée plutôt entre 30 à 40€/tonne capturée (vs 60 à 100 dans le cas des autres méthodes signalées antérieurement). Il est bien évident que ce genre de perspectives ouvre des marchés attractifs et avec eux… de nombreuses lumières d’espoir, même en gardant une grande lucidité sur l’urgence climatique.

 
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