La capture du carbone face à ses limites technologiques et économiques

La contri­bu­tion future de la tech­no­lo­gie CCS (Car­bon Cap­ture and Sto­ckage) et CCU (Car­bon Cap­ture and Uti­li­sa­tion) aux enjeux de décar­bo­na­tion est désor­mais indis­cu­table, la ques­tion étant : quelle stra­té­gie afin d’atteindre la cap­ture de 450 mil­lions de tonnes de CO2 à l’horizon 2050 ?
 
« La feuille de route pour le déploie­ment du CCS (sto­ckage) et CCU (uti­li­sa­tion) n’est pas gra­vée dans le marbre, mais pour la suivre il faut impé­ra­ti­ve­ment que les États se dotent d’une vision de long terme », déclare Pau­la Cous­sy, cheffe de pro­jet Exter­na­li­tés CO₂ – Mar­chés et Cer­ti­fi­ca­tion car­bone à l’IFP Ener­gies nou­velles (IFPEN¹), sou­li­gnant l’importance des Contri­bu­tions déter­mi­nées au niveau natio­nal (NDCs). Par­mi les élé­ments clés d’un scé­na­rio plausible :

1. Les tech­no­lo­gies de cap­tage doivent prio­ri­tai­re­ment viser les sec­teurs sans autres alter­na­tives de réduc­tion d’émission de CO₂.
2. Les pre­mières chaînes CCS et CCU doivent démar­rer à l’horizon 2030 sur les sites indus­triels cou­verts par le mar­ché du car­bone (EU ETS²), que sont les domaines de la cimen­te­rie, de la chi­mie, de l’a­cié­rie et de l’aluminerie. 
3. Dans la logique du pha­sage en France, l’ob­jec­tif de cap­ture cumu­lée de 4 à 8 Mt CO₂/an devrait être atteint d’ici à 2035 par les hubs indus­triels por­tuaires du Havre, Dun­kerque, Saint-Nazaire et l’axe Rhône.

La stra­té­gie euro­péenne fixe quant à elle trois jalons : sto­cker 50 Mt/an de CO₂ à l’horizon 2030, en cap­ter 280 Mt/an à l’horizon 2040 (dont 60 Mt/an par Direct Air Car­bon Cap­ture [DACC]), et 450 Mt/an (dont 150 par DACC) à l’horizon 2050³. Des objec­tifs ambi­tieux attei­gnables selon les experts… à « quelques condi­tions » près, au pre­mier rang des­quelles un prix car­bone (EU ETS), per­met­tant de sou­te­nir les inves­tis­se­ments CCS et CCU.

« Face au cadre légis­la­tif et règle­men­taire euro­péen nous avons des outils », affirme Pau­la Cous­sy, rap­pe­lant que dès 2026, les quo­tas car­bones devraient dis­pa­raître peu à peu au béné­fice du Méca­nisme d’Ajustement Car­bone aux Fron­tières (CBAM). Ces outils sont ceux devant répondre aux direc­tives de la Com­mis­sion euro­péenne.
 
« À l’aube de son déploie­ment, le mar­ché va être conduit par la régle­men­ta­tion », assure Raphaël Huy­ghe, res­pon­sable de pro­gramme Cap­tage et Sto­ckage CO₂ au sein de IFPEN, sou­li­gnant au pas­sage le coût de l’inaction par rap­port à celui de l’action. Ain­si une étude de l’ADEME (2023) estime que l’inaction cli­ma­tique pour la France coû­te­rait entre 5 et 7 points de PIB annuel d’ici 2100, soit plus de 180 mil­liards d’euros, entraî­nant une réduc­tion de 13 % du reve­nu médian d’ici 2050, alors que le coût de finan­ce­ment pour l’action est chif­fré à 66 mil­liards d’euros par an à l’horizon 2030⁴. À l’échelle mon­diale, une étude publiée par Nature⁵, estime à 38 000 mil­liards de dol­lars de dom­mages l’inaction à l’horizon 2050, soit 6 fois plus que pour l’action climatique.

Le risque n’est aujourd’hui, selon Pau­la Cous­sy, pas tech­nique mais finan­cier : « Il y a un fos­sé entre le besoin actuel en inves­tis­se­ment et la péna­li­té car­bone encore incon­nue en 2050. » Alors que les modèles d’affaires com­mer­ciaux sont à construire le long de la chaîne CCS et CCU, il s’agit de « cla­ri­fier la res­pon­sa­bi­li­té finan­cière du CO₂ » au tra­vers d’un cadre de cer­ti­fi­ca­tion des émis­sions évi­tées ou éliminées.

Face au coût de la chaîne CCS et CCU, la péna­li­té car­bone sur l’EU ETS est aujourd’hui de 80 €/t CO₂… De fait, actuel­le­ment peu inci­ta­tive pour les inves­tis­se­ments lourds, elle est envi­sa­gée à 180 €/t CO₂ en 2035. Pour autant, « la vision long terme doit être d’investir dans la cap­ture », assure Pau­la Cous­sy, obser­vant que la posi­tion majo­ri­taire actuelle des indus­triels est de pré­fé­rer payer des quo­tas CO₂ ! À leur décharge, la chaîne com­mer­ciale CCS est nou­velle pour eux (130 à 230 €/t CO_2, selon le type de chaîne CCS), d’où la néces­si­té pour les émet­teurs de s’associer afin de réduire les coûts et de pour­suivre l’innovation.

Pour atteindre les cibles de décar­bo­na­tion à hori­zon 2050, le GIEC et l’Agence Inter­na­tio­nale de l’Energie estiment que les tech­no­lo­gies de cap­tage, trans­port, sto­ckage et l’utilisation du CO₂ sont incon­tour­nables. « Il s’agit en fait d’un enchaî­ne­ment de briques tech­no­lo­giques visant à réduire les émis­sions de CO₂ – prin­ci­pale cause du réchauf­fe­ment ou du dérè­gle­ment cli­ma­tique – en inté­grant son cap­tage, son trans­port et son sto­ckage », explique Raphaël Huy­ghe, sou­li­gnant que les deux chaînes, CCS et CCU, sont com­plé­men­taires, mais avec des fina­li­tés différentes. 

Or ces « briques » sont tech­no­lo­gi­que­ment maî­tri­sées et peuvent être com­bi­nées : on sait cap­ter le CO₂ dans les fumées indus­trielles (CO₂ issu de com­bus­tion fos­sile), à par­tir de sources bio­gé­niques (CO₂ issu de la com­bus­tion de bio­masse) ou direc­te­ment dans l’atmosphère par la tech­no­lo­gie Direct Air Car­bone Cap­ture (avec un niveau de matu­ri­té plus faible, mais qui pro­met des émis­sions néga­tives). On sait l’injecter dans des for­ma­tions géo­lo­giques étanches afin de le sto­cker de manière per­ma­nente en toute sécu­ri­té et, enfin, on sait aus­si l’utiliser pour la fabri­ca­tion de pro­duits et maté­riaux.
 
Si le modèle d’économie cir­cu­laire du car­bone via l’utilisation du CO₂ cap­té en e‑carburants et e‑produits est par­ti­cu­liè­re­ment sédui­sant, en plein déve­lop­pe­ment pour la valo­ri­sa­tion du CO₂ en Car­bu­rants d’Aviation Durable (CAD), il n’est en revanche pas du tout à l’échelle du sto­ckage qui va repré­sen­ter des mil­lions de tonnes et doit appor­ter la réponse la plus rapide pos­sible à l’urgence climatique.

« La tech­no­lo­gie est maî­tri­sée, fonc­tionne par briques, et l’enjeu est le déploie­ment à grande échelle, d’une part en rédui­sant les coûts sur l’ensemble de la chaîne CCUS, en par­ti­cu­lier le cap­tage, et en sti­mu­lant les inves­tis­se­ments par les stra­té­gies ou les poli­tiques natio­nales et euro­péennes et les finan­ce­ments publics com­bi­nés avec les méca­nismes finan­ciers (CCfd) », résume Raphaël Huy­ghe. La tech­no­lo­gie doit repo­ser sur sa via­bi­li­té tech­ni­co-éco­no­mique pour per­mettre son déploie­ment à grande échelle, afin de pas­ser de 50 Mt CO₂ cap­tu­rées en 2025 à 1 Gt en 2030 et 6 Gt CO₂ en 2050⁶. Il sera paral­lè­le­ment néces­saire d’accélérer le déve­lop­pe­ment des sites de sto­ckage et de coor­don­ner l’ensemble des acteurs de la chaîne.
 
« On sait cap­ter le CO₂ depuis un siècle mais on change aujourd’hui de fina­li­té », confirme Florent Guillou, chef de pro­jet CCS – pro­cé­dés en rup­ture pour le cap­tage de CO₂, pré­ci­sant que dans le scé­na­rio Neu­tra­li­té Car­bone « net zero » de l’Europe en 2050 (EU Indus­trial Car­bon Mana­ge­ment Stra­te­gy, Févier 2024), il s’agit de com­bi­ner 3 leviers de décar­bo­na­tion : la réduc­tion des émis­sions de CO₂, la défos­si­li­sa­tion des usages et l’élimination directe du car­bone. Par­mi les 4 familles de cap­tage du CO₂ (pré­com­bus­tion, oxy­com­bus­tion, post-com­bus­tion et DACC) deux ont fait l’objet de démons­tra­tions et sont désor­mais prêtes pour l’industrialisation :

• La tech­no­lo­gie DMX^TM per­met le cap­tage de CO₂ en post-com­bus­tion de seconde géné­ra­tion. Le démons­tra­teur indus­triel construit et opé­ré sur le site d’ArcelorMittal à Dun­kerque dans le cadre du pro­jet euro­péen 3D/DinamX coor­don­né par l’IFPEN, a per­mis de vali­der les per­for­mances du pro­cé­dé (11 par­te­naires de l’Union euro­péenne pen­dant 5 ans de 2019–2024, pour un bud­get de 24 mil­lions d’euros).
• La tech­no­lo­gie CLC (com­bus­tion en boucle chi­mique de charges solides, fossiles/biomasse [1 t/h]) résulte de 7 ans de R&D (2017–2024) par 9 par­te­naires d’Union euro­péenne et de Chine, pour un bud­get glo­bal de 22 mil­lions d’euros⁷.

« Ces tech­no­lo­gies sont désor­mais prêtes pour la com­mer­cia­li­sa­tion auprès des gros émet­teurs, et nos déve­lop­pe­ments futurs consis­te­ront à inten­si­fier les pro­cé­dés pour des uni­tés plus com­pactes et plus acces­sibles, des­ti­nées aux petits et moyens émet­teurs », confie Florent Guillou.
 
Après près d’un siècle d’ex­pé­rience dans la sépa­ra­tion du CO₂, l’heure est à la démo­cra­ti­sa­tion des tech­no­lo­gies pour contri­buer à rele­ver le défi de la lutte contre le chan­ge­ment cli­ma­tique. Si la tech­no­lo­gie CCUS n’est pas la solu­tion glo­bale à la décar­bo­na­tion elle peut en être un acteur majeur !

Nathaly Mermet