Séquestrer le CO2 pour atteindre l’objectif climatique

Le dioxyde de carbone, CO2, est cet illustre gaz carbonique présent partout et dont la neutralisation par captage-séquestration peut permettre de lutter rapidement contre le réchauffement climatique. Par ailleurs, il est une matière première dans la chimie, entre autres.

 Par Jean Gay, ingénieur et ancien chef de projet à GDF, militant syndical et ancien responsable FNME-CGT

Au-delà de son rôle dans le dérèglement climatique, le CO2 est une matière première dont la France importe 1 million de tonnes par an. C’est un vecteur pour valoriser la biomasse et, par séquestration, les gisements déplétés (en voie d’épuisement) d’hydrocarbures, ainsi que la géothermie profonde. Le CO2 est également utilisé comme neige carbonique, réfrigérant, dans les extincteurs, et pour gonfler les radeaux de sauvetage et les gilets de sauvetage.

COUPLAGE GÉOTHERMIE ET STOCKAGE du CO2
CO2 dissous : couplage réussi du stockage de CO2 et de la géothermie.

VALORISATION CHIMIQUE DU CO2

Dans le monde sont émis annuellement quelque 100 millions de tonnes (Mt) de CO2. La valorisation chimique de ce gaz est un moyen de le neutraliser utilement : il permet la production d’urée, très utilisée en agriculture comme engrais azoté, et d’acide salicylique, l’aspirine. Le CO2 entre aussi dans le processus de fabrication des polycarbonates, une matière plastique très performante (verres optiques, CD et DVD, lentilles…), et des polyméthanes (mousses, caoutchoucs…), ainsi que dans la fabrication de béton.

COUPLAGE CULTURES EN SERRES ET STOCKAGE CO2
Captage, stockage et valorisation du CO2 issu de la transformation de la biomasse pour la culture sous serre.

L’électroréduction du CO2 en acide formique – acide couramment utilisé dans les procédés industriels (teinture et médicaments), mais aussi agricoles – est aussi une bonne solution.

Le GIEC chiffre les quantités de CO2 dans le dérèglement climatique.

Que ce soit à la COP 21 (2015 à Paris) ou à la COP 26 (2021 à Glasgow), le GIEC préconise le recours à la captation-séquestration du CO2 et des autres gaz à effet de serre (GES) pour limiter l’augmentation de température à 1,5 °C d’ici à 2050.

Les capacités naturelles pour séquestrer les GES des deux grands puits de carbone que sont les océans et les forêts sont évaluées à 40 milliards de tonnes (Gt) par an. Cette capacité naturelle a été suffisante sur les deux mille ans de l’histoire récente de l’humanité. Or, depuis l’essor de l’ère industrielle au XXe siècle, les capacités naturelles de stockages des océans et par des forêts sont dépassées par l’ampleur des émissions supplémentaires de GES générées par les activités industrielles.

Dans sa prospective, le GIEC estime que jusqu’à 70 Gt/an de GES émis par les activités humaines – au-delà des 40 Gt naturellement neutralisées dans les puits carbone (océans et forêts) – il n’y aura pas de dépassement de + 1,5 °C et le dérèglement climatique ne sera pas irréversible.

Mais dans cette même prospective, compte tenu de l’absence d’efficacité des pays dans la neutralisation des GES, le GIEC indique dès à présent que les émissions de GES excédentaires dépasseront 70 Gt/an, pour atteindre 110 Gt/an à la fin du XXIe siècle. Cela signifie que, pour rester dans les 70 Gt de GES émises (limites du dérèglement climatique irréversible), il faut prévoir de neutraliser et traiter par des dispositions industrielles (autres que naturelles) 110 – 70 = 40 Gt/an.

Quel que soit le statut des sociétés (démocratiques, libérales, planificatrices, autoritaires), la captation-séquestration devra être mise en œuvre avec des techniques matures et éprouvées, qui existent déjà.

LE CAPTAGE DU CO2 ET DES GES

Le captage isole le CO2 d’origine entropique provenant de la combustion. Celle-ci génère 15 % de CO2 dans les fumées qu’il faut séparer des autres composants, dont l’azote. Les techniques pour y parvenir requièrent beaucoup d’énergie et comptent, selon le GIEC, pour les 2/3 du coût du captage-stockage. Cela dit, on peut les considérer comme matures et opérationnelles.

Dispositif de stockage du CO2 (CCS) de la centrale au charbon de Boundary Dam, au Canada.

Trois techniques ont été testées.

– La postcombustion (la mieux maîtrisée). Un solvant chimique capture le CO2 puis le couple solvant-CO2 est dissocié thermiquement ; ainsi, le solvant est régénéré et le CO2 peut être stocké séparément.

– La précombustion. Le combustible, hydrocarbure ou charbon, est décarboné avant son utilisation. C’est la technique des usines à gaz qui, avec de la vapeur d’eau, transforment le combustible en gaz de synthèse : monoxyde de carbone et hydrogène (C + H2O →→ CO + H2), qui jadis brûlaient dans les cuisinières de nos grands-mères.

– L’oxycombustion. Au lieu d’utiliser l’air (oxygène + azote), c’est l’oxygène pur (dont Air liquide est le 2e producteur mondial) qui brûle l’énergie fossile en produisant des fumées constituées de CO (monoxyde de carbone) et de vapeur d’eau, faciles à séparer.

INJECTION ET STOCKAGE DU CO2

LA SÉQUESTRATION : TECHNOLOGIES OPÉRATIONNELLES

Le stockage en gisement existant d’hydrocarbure en voie d’épuisement permet d’éviter les surpressions qui pourraient faire fuir le CO2, puisque celui-ci vient simplement remplacer le gaz ou le pétrole qui en a été extrait. Ce type de gisement offre une couverture géologique a priori étanche, puisqu’elle a pu piéger les hydrocarbures.

La séquestration est utilisée par les producteurs de gaz naturel pour booster l’extraction des puits, en particulier en Algérie depuis vingt ans (gisement de gaz d’In Salah dans le Sud saharien). Elle fut utilisée pour la première fois par la Sonatrach : des gaz de combustion furent injectés dans les gisements en cours d’épuisement, cela afin de renforcer leur production.

Les techniques de séquestration sont aussi utilisées pour rendre « propre » l’extraction des hydrocarbures, qui comporte de nombreux gaz toxiques et du CO2. L’opérateur norvégien Stat­oil réinjecte le CO2 ainsi récupéré dans les gisements de Sleipner et de Snøhvit dans un cycle : extraction de gaz naturel, puis séparation du CO2 et réinjection dans l’aquifère du gisement, c’est-à-dire dans sa structure géologique (à plus de 2 000 m de profondeur).

Environ 1 Mt de CO2 est ainsi réinjectée chaque année. Des activités de surveillance (notamment sismiques) sont entreprises sur le site, en collaboration avec des organismes internationaux.

La Norvège, avec sa compagnie pétrolière Statoil (devenue Equinor Asa après ouverture du capital au privé) dans le cadre d’un programme européen, est leader mondial dans la mise en œuvre d’un vaste programme de séquestration du CO2, importé d’Europe pour être enfoui dans les mégastructures géologiques des gisements de gaz sous-marins nouveaux, actuels et anciens (Snøhvit, Ekofisk, Troll et le nouveau mégagisement récemment découvert à Sverdrup).

Le stockage des émissions de CO2 industrielles peut être couplé à la production de chaleur grâce à une technologie développée par le BRGM.

La séquestration qui a été réalisé depuis des dizaines d’années par les compagnies pétrolières en mer du Nord et de Norvège par BP, Shell, Exxon et Total.

En France, c’est ce qui a été expérimenté avec succès par Total, avec un financement public, pour capter, par oxycombustion, transporter et séquestrer du CO2 dans son ancien gisement de Lacq.

La Chine, en manque d’électricité, construit ou rénove une centrale électrique à charbon à un rythme très soutenu, en la structurant pour le captage du CO2 émis, de façon à pouvoir le stocker ultérieurement, une fois le transport possible vers les sites géologiques de séquestration connus mais dont elle ne dispose pas pour le moment.

À l’heure actuelle, dans le monde entre 4 et 5 Mt de CO2 par an sont stockées en aquifère, avec deux sites en Norvège, deux en Amérique du Nord et un au Japon. Toutefois, cela reste très insuffisant pour atteindre les objectifs visés par la filière de captage, séquestration géologique du dioxyde de carbone (CSC), soit près de 6 Gt en 2050. Toutefois, des projets récents montrent un renouveau de la filière CSC depuis 2015-2016.

Le stockage des émissions de CO2 industrielles peut être couplé à la production de chaleur grâce à une technologie développée par le BRGM.

LE TRANSPORT

Le CO2 est facilement transportable par canalisation sous forme liquide sous une pression de quelques kilogrammes par centimètre carré à la température ambiante.

Selon INERIS, le transport du CO2 ne pose pas de difficulté majeure sur le plan technique dans une démarche industrielle « classique ». Mais il est nécessaire de prévoir des financements « robustes » pour la construction des canalisations de transport du CO2 (carboducs) entre les sites de captage et de stockage.

En France, le réseau carboduc devra être calibré pour transporter le CO2 provenant des mille sites industriels classés Seveso.

QUELLES CAPACITÉS DE SÉQUESTRATION DES GES ET CO2 DANS LE MONDE ?

En capacités connues des organismes comme le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), organisme public, et des compagnies pétrolières, ce sont 1 000 Gt de CO2 qui peuvent être séquestrées dans des structures géologiques sécurisées (dites « aquifères salins ») sans risque de remontée du gaz en surface

ou bien diluées dans les nappes phréatiques.

On estime que 10 000 milliards de tonnes sont susceptibles d’être séquestrés dans d’autres structures géologiques, connues par les compagnies pétrolières ou d’organismes comme le BRGM mais dont il faut assurer la sécurité en fonction de la configuration géologique afin de permettre la stabilité de la séquestration.

LES COÛTS ET LES TAXES POUR LES GAZ À EFFET DE SERRE

La tonne de CO2 d’évitement est évaluée dans une fourchette allant 20 à 25 € si des modifications et neutralisations à la base des processus industriels (cimenterie/sidérurgie avec l’hydrogène remplaçant le charbon) sont faites. En comparaison, la tonne de CO2 en tant que vecteur, une fois émise dans l’atmosphère au bout du processus industriel, coûte, pour être séquestrée, de 100 à 150 €, selon les chiffres de l’ADEME.

Le carbone est associé à l’oxygène dans le CO2 qui est le vecteur de traitement-neutralisation physique, chimique et industriel des GES une fois qu’ils sont émis par combustion. Le carbone au poids atomique de 14 est 3 fois moins lourd que le CO2

Du point de vue financier et dans une économie de marché ou planifiée, initiatrice de taxes, il est logique que le carbone apparaisse en tant que tel, pour un coût à la tonne différent de la tonne de GES. Le coût se situe dans une fourchette entre les 100 € préconisés par le GIEC, admis par la communauté de la transition énergétique, et 250 à 750 € dont il est question dans le rapport d’Alain Quinet1, publié par France Stratégie.

POUR LA FRANCE

Sans séquestration du CO2, la neutralité carbone de la France risque de ne pas être atteinte en 2050, compte tenu du poids de la réindustrialisation, stratégique pour le pays, à même de créer les richesses suffisantes pour financer les besoins sociaux et réduire les inégalités. Comment diviser par 6 les émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2050, par rapport à 1990, avec la croissance et la réindustrialisation en profondeur le pays ?

Il faut conjuguer le temps long de la réduction de l’empreinte carbone par modification/amélioration des processus et le temps court de la séquestration/neutralisation du CO2 possible rapidement pour réduire le réchauffement climatique.

1. En 2018, le Premier ministre confia à Alain Quinet, haut fonctionnaire, une mission visant à proposer une nouvelle trajectoire de la valeur « tutélaire » du carbone, qui soit cohérente avec les ambitions climatiques de la France, avec l’objectif d’atteindre la neutralité carbone à horizon 2050, dans le cadre de la signature de l’accord de Paris avec le plan climat 2017.

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