Janvier 2022
sommaire
Responsabilité & Environnement
Captage, stockage et utilisation du carbone
N° 105
Préface : Enfin !
Par Claude MANDIL
Ancien directeur exécutif de l’AIE
Introduction
Par Dominique AUVERLOT
CGEDD
et Richard LAVERGNE
CGE
L’atteinte des objectifs climatiques (1,5°C) au niveau mondial serait socialement et économiquement inacceptable sans recours au CCUS et aux autres procédés de GGR (Greenhouse Gas Removal)
Net zero commitments drive global momentum for CCUS
Par Mary BURCE WARLICK
Deputy Executive Director, International Energy Agency (IEA)
A net-zero energy system requires a profound transformation in the way we produce and use energy. This can only be achieved with a broad suite of technologies. Carbon capture, utilisation and storage (CCUS) is the only group of technologies that contributes both to directly reducing emissions in key sectors and to removing CO2 to balance emissions that are challenging to avoid – a critical part of ‟net” zero goals. Over the years, CCUS deployment and investment has lagged behind other clean energy technologies. However, new investment incentives and strengthened climate goals are building a renewed momentum behind CCUS. In 2021, over 100 CCUS projects have been announced in over a dozen countries. In order to translate ambition into action, governments and industry can build on this global momentum in four key areas: create favourable investment conditions; coordinate and underwrite industrial hubs and shared infrastructure; encourage CO2 storage development; and boost innovation.
L’état de l’art du CCS et du CCUS : description, coût et contraintes
Par Pierre-Franck CHEVET, François KALAYDJIAN, Guy MAISONNIER
IFP Énergies nouvelles (IFPEN)
Le CCUS ‒ captage et transport du CO2, suivis de son stockage ou de son utilisation ‒ constitue une option technologique mature, retenue dans la plupart des scénarios visant à limiter le réchauffement planétaire à 1,5°C. Le captage du CO2 peut être opéré sur des centrales électriques ou des unités industrielles existantes ou futures permettant ainsi la décarbonation de la production de ciment, de fer, d’acier ou de produits chimiques. Le CCUS ouvre également la voie à la production d’hydrogène à un faible coût et pour de faibles émissions de carbone. En le combinant avec la bioénergie (BECCS) ou en le mettant en œuvre directement dans l’air (DACCS), le captage du CO2 peut aboutir à des émissions négatives compensant les émissions inévitables ou techniquement difficiles à réduire. En termes de valorisation du CO2 capté, la production de carburants synthétiques semble la solution la plus prometteuse pour répondre aux besoins du secteur aérien. Le déploiement de ces différentes options dépendra néanmoins de leur acceptabilité sociétale, de la réduction des coûts correspondants et des soutiens publics visant à valoriser la réduction des émissions de CO2.
Panorama mondial des potentiels de stockage géologique du CO2
Par Isabelle CZERNICHOWSKI-LAURIOL
Déléguée à la recherche et à l’appui aux politiques publiques au BRGM, présidente émérite de l’association
et Christophe POINSSOT
Directeur général délégué et directeur scientifique du BRGM
Depuis le rapport spécial du GIEC sur le captage et le stockage du CO2 paru en 2005, lequel indiquait un potentiel mondial de stockage dans les formations géologiques d’au moins 2 000 GtCO2, diverses méthodologies d’estimation des capacités de stockage ont été proposées. De nombreux pays ont estimé leur potentiel de stockage du CO2 sur la base de calculs volumétriques, et une dizaine d’entre eux l’ont consigné dans des atlas. Des estimations plus fines des capacités d’un certain nombre de sites potentiels de stockage ont été réalisées sur la base de simulations dynamiques de l’injection de CO2 dans le réservoir de stockage. Malgré les fortes incertitudes liées notamment au peu de données disponibles sur le sous-sol profond et à l’hétérogénéité naturelle des formations géologiques, les capacités de stockage estimées sont très supérieures aux besoins nécessaires en la matière pour lutter contre le réchauffement climatique.
The development of UK CCUS strategy and current plans for large-scale deployment of this technology
Par Jon GIBBINS, Mathieu LUCQUIAUD
UK CCS Research Centre, University of Sheffi eld
For over 20 years, carbon capture utilisation and storage (CCUS) has been recognised as a useful tool to help reduce UK national emissions. Over this period the target reduction in greenhouse gas emission rates for 2050 has increased, from 60% to 100%, i.e. net zero. This has led to change in the role envisaged for CCUS, from initially just cutting emissions on coal power plants by around 50%, to the point where capture and secure sequestration of all fossil CO2 emissions is required, either directly at source or indirectly via carbon dioxide removal from the air (CDR). Additional CDR, either through the use of biomass energy with carbon capture and storage (BECCS) or direct air carbon capture and storage (DACCS), will also be required to compensate for other UK greenhouse gas emissions. Potentially over 100 MtCO2/yr of CCUS is needed by 2050. Current UK plans are to establish four CCUS clusters by 2030, capturing and storing a minimum of 10 MtCO2/yr from industry, power, hydrogen production and, potentially, CDR. The UK has a large amount of secure storage capacity for CO2 in geological formations a kilometre or more below the sea bed in the North Sea and the Irish Sea.
État de l’art du CCUS et autres procédés de GGR
CCUS et charbon ‒ Existe-t-il encore des opportunités de développement pour les centrales au charbon ?
Par Sylvie CORNOT-GANDOLPHE
Président de l’entreprise SCG Consulting
Alors que de plus en plus de gouvernements s’engagent sur la voie de la neutralité carbone d’ici à 2050, sortent du charbon et accélèrent le développement des énergies renouvelables, qu’en est-il des développements CCUS sur les centrales au charbon ? Dans cet article, nous répondons à cette question en expliquant tout d’abord les raisons de l’échec de la première vague de projets CCUS des années 2000, qui était axée principalement sur la capture des émissions des centrales au charbon. Puis, nous examinons l’application du CCUS aux centrales au charbon dans le contexte du regain d’intérêt pour le CCUS depuis 2018. En particulier, les politiques et projets de CCUS dans trois pays clés (États-Unis, Chine et Inde) sont étudiés. Cette analyse montre que le CCUS reste incontournable en Asie pour décarboner un mix électrique dominé par le charbon. Mais sa contribution requiert un signal prix du carbone et des efforts de recherche pour réduire les coûts de la capture du CO2. Cette contribution pourrait néanmoins se réduire face à la fermeture anticipée des centrales de ce type, leur repositionnement sur certaines technologies de rupture et les progrès réalisés en la matière.
Les projets de CCS en cours chez TotalEnergies
Par David NEVICATO
Responsable du développement d’affaires et de partenariats pour la direction CCS (Carbon Capture and Storage) au sein de TotalEnergies
Les premiers projets de TotalEnergies en matière de CCS se concentrent sur l’Europe, portés par un contexte favorable au passage du CCS à l’échelle industrielle. Le développement commercial va se poursuivre dans d’autres parties du monde pour nous préparer à la prochaine vague de projets. Pour répondre aux spécificités locales, nous nous appuierons sur notre expérience européenne avec les adaptations nécessaires. Aujourd’hui, nous conduisons des projets majeurs de développement du transport et du stockage du CO2 en Europe : Northern Lights en Norvège, la première chaîne commerciale mondiale de CCS ; Antwerp@C en Belgique, l’un des principaux hubs de CO2 en Europe ; les projets Aramis et Azur aux Pays-Bas, qui portent respectivement sur le stockage de CO2 dans des champs de gaz déplétés ; et la production d’hydrogène bleu dans notre raffinerie de Zeeland ; et, enfin, Net Zero Teesside et le Northern Endurance Partnership au Royaume-Uni, dont l’objet est respectivement le captage du CO2 couplé à un cycle combiné gaz et le stockage du CO2, dans un aquifère salin profond.
ExxonMobil: Carbon capture is critical to attaining society’s emission-reduction goals
Par Joe BLOMMAERT
President, ExxonMobil Low Carbon Solutions
Few challenges are more important than meeting the world’s growing demand for energy while reducing environmental impacts, including the risks of climate change. ExxonMobil believes carbon capture and storage is an essential technology to help meet this dual challenge, because it is one of the few proven technologies that could enable some sectors to decarbonize, such as manufacturing and heavy industry. ExxonMobil ha s more than 30 years of experience with CCS technology, including the design, construction and safe operation of carbon capture and storage facilities around the world. Additional opportunities are under evaluation, and they all have the potential to move forward with current technologies, provided stable, supportive policies and regulatory frameworks are established.
Les opportunités offertes par le CCUS pour décarboner l’industrie française
Par Benoît LEGAIT
Ingénieur général des Mines honoraire
Dans l’industrie, le captage et le stockage du CO2 intéressent surtout la sidérurgie et l’industrie cimentière, et permettent des émissions « négatives » pour le gaz carbonique issu de la combustion de la biomasse. En 2050, une quinzaine de Mt CO2eq devraient être captées et stockées, sous réserve de lever plusieurs freins. L’utilisation de CO2 semble surtout prometteuse pour favoriser la croissance des cultures et pour la fabrication d’éthanol ; elle nécessite encore d’accroître les efforts en matière de R&D.
Le potentiel du stockage géologique du CO2 par minéralisation
Par Sylvain DELERCE
Ingénieur diplômé d’AgroParisTech
et Éric H. OELKERS
Directeur de recherche du CNRS
Depuis le milieu des années 2000, des chercheurs travaillent activement sur le stockage du carbone par minéralisation avec une étape importante franchie en 2016 grâce aux résultats du projet européen CarbFix mené en Islande. Depuis, cette technologie a été déployée au niveau industriel sur la centrale géothermique d’Hellisheiði et combinée avec la capture directe du CO2 dans l’air (DAC en anglais). Dans cet article, nous explorons les mécanismes de la minéralisation pour en évaluer le potentiel dans la lutte contre le changement climatique. L’histoire du projet CarbFix nous permet de mettre en lumière la viabilité de cette méthode et de montrer qu’elle est prête pour son déploiement à grande échelle.
Pas de décarbonation du secteur aérien sans la capture et le stockage du CO2
Par Dominique VIGNON
Membre de l’Académie des technologies
Les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’aviation augmentent de 7 % par an. L’International Air Transport Association (IATA), qui fédère les acteurs du secteur, a annoncé, en septembre 2021, viser l’objectif « Zéro émission nette » en 2050. Outre une meilleure maîtrise de la croissance du trafic, la réduction des émissions de GES passera essentiellement par la mobilisation de carburants substituables au kérosène, dénommés les SAF (synthetic/sustainable aviation fuels) ; l’hydrogène présentant un potentiel limité d’ici à 2050. Or, ces combustibles restent marginalement carbonés, et leur disponibilité n’est pas suffi sante pour couvrir tous les besoins du trafic. On estime donc que l’aviation devra recourir à des puits de carbone dès la décennie 2020, et que les émissions à compenser devraient atteindre 1,5 Gt de CO2 par an en 2050. La certification des émissions séquestrées est délicate, d’où la nécessité de la mise en place d’une organisation indépendante de l’industrie. Le besoin en stockage des émissions françaises pour atteindre l’objectif « Zéro émission nette » dépasse les objectifs de la stratégie nationale bas carbone (SNBC).
L’acceptabilité sociale des technologies de captage, de transport, d’utilisation et de stockage du CO2 : un travail d’ajustement réciproque du projet technique et de ses parties prenantes
Par Jonas PIGEON
Docteur en aménagement de l’espace
Les technologies de captage, de transport, d’utilisation et de stockage du CO2 (CCUS) permettent de réduire de façon rapide les émissions de gaz à effet de serre du secteur industriel sans transformer en profondeur le modèle socio-économique. Bien que les différentes composantes de ce dispositif technique soient utilisées de longue date dans l’industrie, ce dispositif reste peu développé. Pour les experts du secteur, un des facteurs limitant du développement du CCUS est le faible niveau de son acceptabilité sociale. Dans cet article, nous rappellerons tout d’abord les enjeux conceptuels et épistémologiques se rattachant à la notion d’acceptabilité sociale. À partir de ces éléments, nous analyserons ensuite différents cas de développement des technologies de CCUS. Enfin, sur la base de cette analyse, nous dégagerons les enjeux fondamentaux de l’acceptabilité sociale de ces technologies.
Le développement des émissions négatives
Le stockage du carbone dans les sols
Par Claire CHENU
UMR Ecosys, Université Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech
Jean-Luc CHOTTE
UMR Eco&Sols, IRD, CIRAD, INRAE, Université de Montpellier, SupAgro Montpellier
et Paul LUU
Secrétariat Exécutif de l’Initiative internationale « 4 pour 1000 »
Les sols du monde représentent un très important stock de carbone, environ 2 400 Gt de carbone, sous forme de matières organiques. Une perte, même faible, de ces stocks aurait des conséquences désastreuses pour le climat, alors qu’une petite augmentation de ceux-ci pourrait contribuer à atténuer le changement climatique. Cet article présente les caractéristiques de ce stockage, les pratiques et usages des sols qui peuvent être mobilisés pour protéger les stocks de carbone des sols existants et les augmenter, leur performance, ainsi que les nombreux bénéfices associés en termes de fertilité des sols et donc de sécurité alimentaire, d’adaptation au changement climatique et de services écosystémiques. Mais aussi les barrières à l’implémentation de la technologie considérée et les risques associés. Même si le stockage du carbone dans les sols est une technologie d’émissions négatives à bas coût, largement promue par l’Initiative internationale « 4 pour 1000 », des mesures incitatives sont nécessaires pour permettre d’accroître sa mise en œuvre.
Direct Air Capture (DAC) in Germany: resource implications of a possible rollout in 2045
Par Simon BLOCK, Dr. Peter VIEBAHN
Research assistant in the Division of Future Energy and Industry Systems at the Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy
Direct Air Capture (DAC) is increasingly being discussed as a possibility to limit climate change. In this study, a possible rollout of the DAC technology at German coastal areas is analysed based on an existing climate neutrality scenario. For the year 2045 the resulting costs as well as land, water and energy consumption are examined. It is concluded that a realization of the DAC technology in Germany might be possible from a technical point of view. However, there is a high demand for land and energy. Since a rollout is needed to start in 20 years at the latest, the required discussion and evaluation should be initiated as quickly as possible.
Géo-ingénierie – Perspectives, limites et risques
Par Ilarion PAVEL
Ingénieur en chef des Mines ‒ Conseil général de l’Économie, de l’Industrie, de l’Énergie et des Technologies
On désigne par géo-ingénierie un ensemble de technologies qui visent à contrôler le climat terrestre dans le but de lutter contre le réchauffement climatique de la Terre, lequel est causé par les activités humaines, en particulier par les émissions de gaz à effet de serre. On distingue deux grandes familles : la gestion du rayonnement solaire et l’extraction du CO2 atmosphérique. Dans cet article, nous passons en revue ces diverses technologies et analysons leurs limites et leurs risques.
Géo-ingénierie et gestion du rayonnement solaire
Par Anni MÄÄTTÄNEN
LATMOS/IPSL, Sorbonne Université, UVSQ Université Paris-Saclay, CNRS
La géo-ingénierie solaire vise à refroidir le climat par la diminution du rayonnement solaire entrant dans le système climatique via la modification de la réflectivité (albédo) de la Terre. Pour ce faire, il a été proposé d’augmenter l’albédo des nuages, de peindre des surfaces en blanc ou d’injecter des particules réfléchissantes dans la stratosphère. La recherche sur ces sujets est active et s’appuie principalement sur des travaux de modélisation numérique. L’application potentielle de ces méthodes soulève des questions sur leur faisabilité technologique, leurs effets secondaires, les incertitudes qui pèsent sur elles, la gouvernance et l’éthique d’interventions de ce type. Dans cet article, nous passons en revue les méthodes de gestion du rayonnement solaire.