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Peut-on cacher nos émissions de CO2 sous le tapis ?

Limiter le changement climatique en capturant le CO2 : rêve ou réalité ?

avec Didier Dalmazzone, professeur en chimie et procédés à l'ENSTA (IP Paris)
Le 10 janvier 2023 |
5 min. de lecture
Ddidier Dalmazzone
Didier Dalmazzone
professeur en chimie et procédés à l'ENSTA (IP Paris)
En bref
  • Le GIEC estime que la capture et le stockage du CO2 sont des stratégies d’atténuation permettant de limiter le réchauffement climatique.
  • Il faudrait pour ce faire capter 7,6 Gt CO2/an d’ici 2050, ce qui semble actuellement hors d’atteinte : la filière est encore à construire.
  • De nombreux défis sont en jeu pour généraliser cette technologie de captage, comme le coût du procédé ou les quantités d’eau et d’énergie requises.
  • Pour stocker le CO2, les anciens réservoirs d’hydrocarbures semblent plus stables que les aquifères salins profonds.
  • Valoriser le CO2 capté à l’échelle industrielle pourrait permettre d’éviter les inconvénients de son stockage.

#1 Nous sommes en mesure de capter suffisamment de CO2 pour répondre aux objectifs de l’Ac​cord de Paris.

En quoi l’affirmation #1 est-elle vraie ?

Les dif­fé­rents scé­na­rios d’at​té​nua​tion du chan­ge­ment cli­ma­tique intègrent les tech­no­lo­gies de cap­tage, de sto­ckage et d’u​ti​li​sa​tion du CO2 (CCUS).

Dans son scé­na­rio de neu­tra­li­té car­bone en 20501, l’A​gence inter­na­tio­nale de l’éner​gie (AIE) pré­voit de cap­ter 7,6 Gt de CO2 chaque année d’i​ci 2050. Quant au Groupe d’ex​perts inter­gou­ver­ne­men­tal sur l’é​vo​lu​tion du cli­mat (GIEC), il sou­ligne dans son sixième rap­port publié en avril 20222 : « Les stra­té­gies d’at​té​nua​tion per­met­tant de [limi­ter le réchauf­fe­ment à 1,5 °C ou 2 °C] incluent la tran­si­tion vers des car­bu­rants fos­siles asso­ciés à la cap­ture et le sto­ckage du CO2 […], et le déploie­ment des méthodes de cap­ture du CO2 [ndlr : comme la cap­ture directe atmo­sphé­rique] pour contre­ba­lan­cer les émis­sions rési­duelles. »

Il faut cepen­dant gar­der en tête que la cap­ture de CO2 n’est qu’une par­tie de la solu­tion : 37,1 Gt de CO2 d’o​ri​gine fos­sile ont été émis en 20213. Un ensemble d’ac​tions doit être mis en œuvre pour atté­nuer le chan­ge­ment cli­ma­tique : l’a​gri​cul​ture, la forêt ou encore les océans jouent tous, à leur façon, un rôle très impor­tant dans le bilan car­bone global.

En quoi l’affirmation #1 est-elle fausse ?

Les objec­tifs sont lar­ge­ment supé­rieurs aux capa­ci­tés actuelles de cap­ture et de valo­ri­sa­tion du CO2.

L’AIE estime qu’il faut cap­ter 4 Gt de CO2/an en 2035 et 7,6 Gt d’i​ci 2050. À ce jour, seules 35 ins­tal­la­tions com­mer­ciales uti­lisent les CCUS. Ces sites sont des démons­tra­teurs et leurs capa­ci­tés de cap­tage sont extrê­me­ment faibles : moins de 0,05 Gt de CO2 par an4. 

L’AIE estime qu’il faut cap­ter 4 Gt de CO2/an en 2035 et 7,6 Gt d’i​ci 2050.

La filière est à construire, et les objec­tifs de l’AIE sont hors d’at​teinte en rai­son des inves­tis­se­ments néces­saires notam­ment dans les pays for­te­ment émet­teurs comme la Chine, l’Inde et les États-Unis. La mon­tée en puis­sance passe par l’é​qui​pe​ment de nou­velles ins­tal­la­tions, mais aus­si par la réno­va­tion – très coû­teuse – des uni­tés exis­tantes (le « retro­fit »).

En quoi l’affirmation #1 est-elle incertaine ?

Les quan­ti­tés d’eau et d’éner​gie néces­saires au CCUS pour­raient être une limite au procédé.

Inté­res­sons-nous aux retom­bées de l’ins​tal​la​tion d’une uni­té de cap­ture de CO2 sur une cen­trale à char­bon existante5. En par­tant d’un ren­de­ment élec­trique de 46 % pour une capa­ci­té de pro­duc­tion de 500 MWe, la perte d’ef​fi​ca​ci​té dans le cas idéal serait au mini­mum de 3,8 %. En réa­li­té, cette perte s’é​lève plu­tôt à 10 %, soit un ren­de­ment après cap­ture rame­né à 36 %. Les deux tiers de l’éner​gie consom­mée le sont pour la cap­ture, et le tiers res­tant pour la com­pres­sion du CO2. Il faut ajou­ter à cela l’éner​gie néces­saire au trans­port et à l’in​jec​tion : le main­tien du CO2 à l’é​tat super­cri­tique ou liqué­fié néces­site beau­coup d’éner​gie. 

Concer­nant l’eau, les pro­cé­dés actuels dégagent beau­coup de cha­leur. L’eau néces­saire pour refroi­dir l’ins​tal​la​tion aug­men­te­ra la consom­ma­tion de cette ressource.

#2 Il est déjà possible de capter et de valoriser le CO2 émis par les activités humaines.

En quoi l’affirmation #2 est-elle vraie ?

De nom­breux sec­teurs uti­lisent déjà les tech­no­lo­gies de CCUS.

Les tech­no­lo­gies de cap­tage du CO2 existent depuis les années 70 : elles sont notam­ment uti­li­sées pour la récu­pé­ra­tion assis­tée du pétrole ou encore pour le trai­te­ment des gaz natu­rels. Mais, dans ce cadre, le CO2n’est pas valo­ri­sé mais relâ­ché dans l’at​mo​sphère. 35 ins­tal­la­tions indus­trielles com­mer­ciales uti­lisent les CCUS pour cap­ter et valo­ri­ser le CO2, par exemple en trai­tant les fumées de com­bus­tion grâce à l’ab​sorp​tion chi­mique aux amines. 

En quoi l’affirmation #2 est-elle fausse ?

Les filières de valo­ri­sa­tion ou sto­ckage res­tent à développer.

À ce jour, par­mi les 440 Mt de CO2 cap­tées chaque année, 230 Mt de CO2 sont uti­li­sées en majo­ri­té pour la pro­duc­tion d’u​rée pour la fer­ti­li­sa­tion (130 mil­lions de tonnes) et la récu­pé­ra­tion assis­tée de pétrole (80 mil­lions de tonnes)6. Nous n’i​ma​gi​nons pas valo­ri­ser de cette façon des mil­liards de tonnes de CO2.

Concer­nant le sto­ckage, cer­tains démons­tra­teurs expé­ri­mentent déjà l’in​jec​tion dans d’an​ciens champs gaziers. Mais le déve­lop­pe­ment de cette filière devra faire face à des ques­tions d’ac​cep​ta​bi​li​té sociale. Il est impor­tant de sto­cker au plus près du cap­tage pour limi­ter les coûts : par exemple en France, dans le Bas­sin pari­sien à l’est de Paris ou encore dans les envi­rons de Pau.

En quoi l’affirmation #2 est-elle incertaine ?

L’in​té​rêt de la cap­ture directe dans l’air (DAC), un pro­cé­dé cou­vrant les émis­sions dif­fuses (chauf­fage, voi­ture, etc.), reste discuté.

18 ins­tal­la­tions de DAC existent actuel­le­ment dans le monde (Europe, États-Unis et Cana­da) : elles captent presque 0,01 Mt de CO2 chaque année. Ces petites struc­tures captent le CO2 pour des usages directs, comme la confec­tion de bois­sons gazeuses. Seules deux d’entre elles stockent le CO2 dans des for­ma­tions géologiques7.

La concen­tra­tion glo­bale de CO2 dans l’at​mo​sphère est pas­sée de 277 ppm avant l’ère indus­trielle à 417 ppm en 20228. Avec la DAC, il fau­drait trai­ter des volumes d’air gigan­tesques pour atteindre les concen­tra­tions de l’ère pré­in­dus­trielle ! Je pense que les inves­tis­se­ments néces­saires, les coûts de fonc­tion­ne­ment et l’éner​gie requise font de la DAC une option de fini­tion : la prio­ri­té est de cap­ter le CO2 en sor­tie des indus­tries les plus émettrices.

#3 Le stockage du CO2 à long terme est risqué.

En quoi l’affirmation #3 est-elle vraie ?

L’é​tan​chéi​té des aqui­fères salins pro­fonds est mécon­nue à long terme.

Les aqui­fères salins pro­fonds sont des réser­voirs pri­vi­lé­giés pour le CO2 : ils sont bien répar­tis sur la sur­face du globe et per­mettent donc de limi­ter le trans­port du CO2. De plus, ils offrent un poten­tiel de sto­ckage très impor­tant, allant de 400 à 10 000 Gt9. Dans ces réser­voirs, le CO2 serait dis­sous dans l’eau pour y être sto­cké, mais des incer­ti­tudes per­sistent quant à la sta­bi­li­té du réser­voir, notam­ment au niveau des risques géo­chi­miques. En effet, l’a​jout de CO2 va aci­di­fier l’eau, ce qui pour­rait pro­vo­quer des réac­tions chi­miques avec la roche hôte et fra­gi­li­ser le réservoir.

En quoi l’affirmation #3 est-elle fausse ?

Les anciens réser­voirs d’hy​dro​car​bures semblent plus stables dans le temps.

Les anciens réser­voirs d’hy​dro​car​bures font par­tie des autres réser­voirs étu­diés pour le sto­ckage du CO2. S’ils pré­sentent l’in​con​vé​nient d’a​voir une répar­ti­tion géo­gra­phique moins inté­res­sante, leur étan­chéi­té a été éprou­vée durant des mil­lions d’an​nées en tant que réser­voirs d’hy​dro​car​bures (gaz, char­bon ou pétrole). Les risques géo­mé­ca­niques et géo­chi­miques liés à l’in​jec​tion du CO2 doivent tout de même être mieux appré­hen­dés : cela fait actuel­le­ment l’ob​jet de démons­tra­teurs aux États-Unis, au Cana­da, en Algé­rie ou encore en Norvège.

En quoi l’affirmation #3 est-elle incertaine ?

De nou­velles voies de valo­ri­sa­tion pour­raient per­mettre de s’af​fran​chir en par­tie du sto­ckage du CO2.

Nous l’a​vons déjà évo­qué, il est aus­si pos­sible de valo­ri­ser le CO2 cap­té. Mais les filières res­tent aujourd’​hui limi­tées : il est sûr qu’on ne peut pas aug­men­ter indé­fi­ni­ment la pro­duc­tion de fer­ti­li­sant ! Mais de nom­breux pro­cé­dés bien connus pour­raient per­mettre de valo­ri­ser le CO2 autre­ment, cer­tains ont même déjà été déve­lop­pés à l’é​chelle indus­trielle par le pas­sé. Par exemple, grâce à une réac­tion entre l’hy​dro​gène et le CO2, de nom­breux de car­bu­rants de syn­thèse peuvent être pro­duits. Le CO2 peut éga­le­ment être uti­li­sé pour pro­duire du plas­tique ou encore des car­bo­nates miné­raux pour les maté­riaux de construc­tion. Le pro­blème réside dans le fait que ces pro­cé­dés sont, à ce stade, plus coû­teux que ceux repo­sant sur les maté­riaux fos­siles comme le pétrole.

Anaïs Marechal
1IEA (2021), Net Zero by 2050, IEA, Paris https://​www​.iea​.org/reports​/net-zero-by-2050, License : CC BY 4.0↑
2IPCC, 2022 : Cli­mate Change 2022 : Miti­ga­tion of Cli­mate Change. Contri­bu­tion of Wor­king Group III to the Sixth Assess­ment Report of the Inter­go­vern­men­tal Panel on Cli­mate Change [P​.​R. Shuk­la, J. Skea, R. Slade, A. Al Khour­da­jie, R. van Die­men, D. McCol­lum, M. Pathak, S. Some, P. Vyas, R. Fra­de­ra, M. Bel­ka­ce­mi, A. Hasi­ja, G. Lis­boa, S. Luz, J. Mal­ley, (eds.)]. Cam­bridge Uni­ver­si­ty Press, Cam­bridge, UK and New York, NY, USA. doi : 10.1017/9781009157926↑
3Fried­ling­stein, P., et al.: Glo­bal Car­bon Bud­get 2022, Earth Syst. Sci. Data, 14, 4811–4900, https://​doi​.org/10.5194​/essd-14–4811-2022, 2022↑
4IEA (2022), CO2 Cap­ture and Uti­li­sa­tion, IEA, Paris https://​www​.iea​.org/reports​/co2-capture-and-utilisation, License : CC BY 4.0↑
5Pp. 31 & 53 in D. Stol­ten & V. Sche­rer Ed., Car­bon Cap­ture for Coal Power Plants, 2011, Wiley-VCH GmbH & Co. ISBN 978–3‑527–33002‑7↑
6IEA (2022), CO2 Cap­ture and Uti­li­sa­tion, IEA, Paris https://​www​.iea​.org/reports​/co2-capture-and-utilisation, License : CC BY 4.0↑
7IEA (2022), Direct Air Cap­ture, IEA, Paris https://​www​.iea​.org/reports​/direct-air-capture, License : CC BY 4.0↑
8Fried­ling­stein, P., et al.: Glo­bal Car­bon Bud­get 2022, Earth Syst. Sci. Data, 14, 4811–4900, https://​doi​.org/10.5194​/essd-14–4811-2022, 2022↑
9Site consul­té le 23/11/2022 : https://​www​.ifpe​ner​gies​nou​velles​.fr/enjeux-et-prospective​/decryptages​/climat-environnement-et-economie-circulaire​/reduire-les-emissions-industrielles-co2-captage-et-stockage-du-co2↑

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