La captation et le stockage du CO2 pour décarboner l’industrie

La décarbonation de l’industrie est l’un des objectifs environnementaux principaux pour lequel plusieurs pays se sont engagés. La France en particulier vise à réduire de 35% les émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2030. En particulier, les émissions de CO2 qui devraient être réduites de 40%. Un défi qui met en difficulté certains acteurs comme ceux de l’industrie lourde, de la production d’énergie et de l’agriculture, principaux émetteurs de CO2.

Bien qu’il ne soit pas le seul dans la liste des gaz à effet de serre dits non naturels, le dioxyde de carbone ou gaz carbonique représente 70% de ces émissions, ce qui en fait la cible principale dans la lutte contre le réchauffement climatique. Ainsi, et lorsqu’il est quasi impossible de réduire les émissions de gaz carbonique, une seule alternative est alors possible : la captation et la séquestration du carbone. On parle alors de CCS, pour Carbon Capture and Storage.

Comment capter le CO2 ?

La captation de CO2 ne peut pas être totale mais l’objectif de cette phase est de capter entre 70% et 90% du CO2 tout au long du processus industriel concerné. Cette étape peut être faite en phase de pré-combustion, ou en phase de de post-combustion.

En post-combustion, le CO2 est absorbé par un solvant qui peut être chimique ou physique comme le charbon actif, ou la chaux vive. Des procédés cryogéniques permettant de givrer le CO2 pour mieux le collecter peuvent être utilisés mais leur coût est très élevé.

En précombustion, l’objectif est préventif et vise à produire le moins de gaz carbonique possible à l’issue de la combustion. Le combustible utilisé subit alors une étape de gazéification le transformant en gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone [CO] et d’hydrogène [H2]). Une deuxième étape de conversion chimique permet d’aboutir à un mélange CO2 + H2. Le CO2 est par la suite absorbé par un solvant comme dans les procédés post-combustion. L’hydrogène restant H2 est enfin utilisé pour une combustion quasi parfaite sans dégagements de CO2 ou tout autre gaz à effet de serre.

Lors de la combustion, des techniques peuvent être utilisées pour mieux isoler le CO2. La technique la plus efficace est l’oxycombustion qui consiste à injecter de l’oxygène pur et non pas de l’air dans le mélange pour éviter la génération d’azote. La combustion produit ainsi de la vapeur d’eau et du CO2 qui est isolé en évaporant le mélange.

Le stockage en profondeur

Le transport de CO2 ne représente pas un verrou technique majeur et peut être fait à l’aide d’installations équivalentes à celles utilisées pour le transport d’autres gaz (gazoducs, navires).

Le stockage cependant représente un challenge technique de taille puisqu’il faut trouver un moyen avec une large capacité de stockage, fiable sur le plan de la sécurité environnementale, et durable. Les solutions géologiques semblent être alors des candidats pertinents. Les gisements d’hydrocarbures épuisés sont ainsi très prometteurs vu que les propriétés de ces sites permettent de retenir de façon sûre et durable de tels éléments.

Cependant sur le plan de la capacité de stockage les aquifères salins (formation géologique constituée de roches sédimentaires poreuses renfermant une eau salée) présentent de meilleurs atouts. En effet, ces réservoirs d’eau salée permettent de retenir des milliers de Gigatonnes de CO2 et sont mieux répartis sur la surface de la terre ce qui implique moins d’efforts d’acheminement.

Des perspectives plus larges via l’utilisation du CO2

Les travaux de R&D actuels se concentrent principalement sur l’amélioration de l’efficacité du procédé de CCS et la réduction de ses coûts, principaux freins à son développement. L’amélioration des propriétés des solvants et le développement de nouvelles techniques de production d’oxygène plus économiques comme les oxydes métalliques mobilisent aujourd’hui des efforts considérables. Au-delà de la captation et du stockage, la valorisation et l’utilisation du CO2 collecté suscitent également un intérêt, on parle alors de CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage). Le CO2 peut trouver des domaines d’utilisation multiples dans l’agroalimentaire, les cultures de microalgues, l’industrie pharmaceutique ou énergétique ce qui permettra de réduire encore plus les émissions et créer de nouvelles chaines et cycles de production plus efficients.