Carbon Capture and Storage : le CO2, dans l'air ou sous terre ?

8/2/2019 Carbon Capture and Storage : le CO2, dans l'air ou sous terre ?

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Carbo n Cap ture & Storage44

TEXTE FLORENCE DELHOVE

PHOTO AIE, ZEP

Le cap ter pour le stocker vie i

Solution de transition vers une socit dcarbone, la technologie de captage et de stockage du CO2nen est pas moins lune des solutions qui pourrait permettre de diminuer de manire significative lesquantits dmissions de CO2 dans latmosphre dici 2100. Mi-fvrier, elle faisait l'objet de discussionsd'une confrence Bruxelles sur l'valuation des st ratgies nergtiques de l'UE la lumire de la criseconomique. Quelle est cette technologie de captage et de stockage du CO2 ? Quand sera-t-elle com-mercialise ? L'actuel prix bas du carbone hypothque-t-il son dveloppement ? Quel est son potentiel

pour un industriel ? Quels sont les risques ? Autant de questions abordes dans ce dossier.

Le CO2,dans lair ou

sous terre ?


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Vouloir limiter la hausse dela temprature de la plan-te 2C par r apport l'po-que prindustrielle impli-que pour les pays dvelop-

ps de diminuer d'au moins 80% leursmissions de CO2 dici 2050. Lobjectifest connu. La palette complte des leviersdisponibles pour y arriver l'est moins.Ainsi, parmi ces leviers, on trouve la tech-

nologie de captage et de stockage du CO2,plus connue sous sa dnomination anglaiseCarbon Capture & Storage (CCS). Cettetechnologie consiste capter le CO2 mis

par les installations industrielles, letran sporter vers un site gologique souter-rain et l'y injecter de faon ce qu'il ysoit stock de manire permanente et nesoit plus en contact avec latmosphre. Lesgros metteurs de CO2 que sont les aci-ries, les cimenteries, les raffineries, maisaussi et surtout les centrales de produc-tion d'lectricit au charbon, et dans unemoindre mesure au gaz, sont les premires

installations vises par le CCS. Le nombrede centrales lectriques au charbon dan s lemonde reste en effet lev. Le charbon estle premier combustible au monde, le moins

cher et celui dont les rserves prouvessont les plus importantes et assez unifor-mment rpar ties sur l'ensemble du globe, la diffrence du pt role et du gaz.

Bien qu'encore souvent mconnu du grandpublic, le CCS fait l'objet de discussionset de recherches associant gouvernements,industriels, ONG, centres de recherchepublics et privs, etc. depuis plusieurs an-

nes aux quatre coins de la plante. Ainsi,en 2005, le Groupe d'experts intergouver-nemental sur l'volution du climat (GIEC)a consacr au CCS un rapport spcial.


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En 2009, ctait lAgence Internationale delnergie (AIE) qui se penchait en dtail surle sujet. Et cest galement en 2009 qua tpublie la Directive europenne sur le CCS.

La tech nologie nen est plus des projets pi-lotes, mais des projets de dmonstration.Ltape prcdant la commercialisation. Lestats-Unis, le Canada, l'Australie, l'Europeet la Chine sont les principales rgions oles recherches se concentren t. Selon l'AIE, cesont plus de 3.000 projets CCS qui devronttre dploys de par le monde d'ici 2050. Cequi permettrait de contribuer hauteur de20% la rduction des missions de CO 2d'ici l. Le GIEC estime que le potentiel dediminut ions cumules des missions de CO2

grce au CCS sera de l'ordre de 1.000 mil-liards de tonnes de CO2 entre 2000 et 2100.Lessentiel de leffort tant ralis aprs2030, date part ir d e laquelle on estime quela technologie se dploiera grande chelle.

Les technologies auxquelles font appel lestrois phases du CCS le captage, le trans-

port et le stockage sont loin d'tre mystri-euses pour les industr iels. Mais les quantitsmises sont telles que leur application dan sle domaine du CCS ncessite des investiga-tions plus p ousses afin dassurer leur scu-rit et leur viabilit conomique.

Le captage, le plus gros cotTrois technologies sont disponibles sur lemarch pour capter le CO2 dans l'industrie.La postcombustion (capter le CO2 dans lesfumes mises par l'installation industriel-le), l'oxycombustion (utiliser de l'oxygnepur p our br ler le combustible et sparer le

CO2 de leau dans les produits de combus-tion par condensation de leau) et la prcom-bustion (dcarboner le combustible, qui de-vient alors essentiellement de l'hydrogne).

Aujourd 'hui, il ny a pas de technologie gag-nante p armi ces trois options, prcise Rosede Lannoy, CCS Corporate Program mana-ger de la division Recherche & Innovation

chez GDF SUEZ. Le choix de lindustrielpour lune ou lautre doit soprer en fonc-tion des spcificits de chaque projet. Deuxdfis techniques se posent cependant lacapture du CO2 dans le cadre des installa-tions CCS. Il sagit, premirement, doprerune mise lchelle consquente. Ces troistechnologies existent dans d'autres domai-nes, mais une chelle beaucoup plus petiteque celle ncessaire pour capter le CO2 d'unecentrale lectrique. Le second dfi consiste rduire la pnalit nergtique engendrepar linstallation du CCS sur une unit in-

dustrielle. Philippe Mathieu, professeuren production d'nergie l'ULg et co-auteurdu rapport du GIEC en 2004-2005 : Lesconcentrations de CO2 dans les fumes descentrales lectriques sont faibles, pour degrands dbits, ce qui rend le processus decaptage trs nergivore. Le rendement descentrales s'en trouve rduit de 15 25%. LeCCS na donc du sens que sur des installa-tions dont le rendement de d part est lev,sur les centrales de toute der nire gnrationou celles venir. Il prcise cependant que,lvolution technologique aidant, on peutsattendre ce que cette pnalit nergtique

soit divise par deu x dans les dix prochainesannes. Le captage reprsente, dans l'tatdes connaissances actuelles, plus de 70% ducot total du CCS. Un cot entirement charge de l'industriel qui se lance dans cettetechnologie. Aujourd'hui, ces cots sonttrop levs par rapport dautres technolo-gies, mais il est certain quils diminueront mesure des avances technologiques etdes constructions en gran de srie, poursuitPhilippe Mat hieu. Les industriels qui con-struisent de nouvelles centrales charbonne le font pas encore avec du CCS parce que

les rgles du jeu ne sont pas encore suffisam-ment claires et surtout parce que le prix de latonne de carbone est encore tr op bas. Mais ilest possible techniquement d e faire en sorteque ces centrales soient 'capture ready'. Cequi est d'ailleurs impos par la DirectiveCCS aux nouvelles centrales combustiblefossile d'une certaine taille.

Le transport , des pipelinesPour le transport galement, on est loind'tre en terre in connue. Il existe dj de parle monde, essentiellement aux tats-Unis,un rseau de pipelines rserv au trans-

port de CO2, destination d'industries quilutilisent dans leurs processus industriels.Il n'en reste pas moins, qu'ici aussi, vu lesmises l'chelle ncessaires et le fait que les

Le stockage dciderade lavenir de lensemble

de la filirePhilippe Mathieu (ULg / GIEC)

Source : ZEP-Europe an Tec hnolo gyPla tfo rm fo r Zero Emission FossilFuel Power Plants


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pipelines devraient tr averser des zones plusdensment peuples, des recherches sontencore oprer pour garantir lintgrit etla scurit des infrastructures de transport.Kris Piessens, gologue au Service Golo-gique de Belgique et coordinateur du pr ojetbelge PSS-CCS : Si le CCS se d veloppe, lerseau de transport du CO2 sera comparableen taille au rseau actuel de transport du gaznaturel. Cela reprsente un investissementde dpart important, mais qui, par la suite,permet de transporter le CO2 un cot trsbas et sur de longues distances. Le trans-port par bateaux, plus cher, est aussi unepiste envisage. Le financement de ce rseauet son organisation sont des questions pourlesquelles aucune dcision na encore t ar-

rte quelque niveau que ce soit. Une cer-titude : il faudra planifier loptimisation dece rseau large chelle et viter que ne sedveloppe du cas par cas.

Le stockage, la priorit n1Deux configurations gologiques sont ac-tuellement privilgies pour le stockage duCO2, en onshore et en offshore : les champsptroliers ou gaziers puiss et les aqui-fres salins situs plus de 800 mtres deprofondeur. Des capacits de stockage plusfaibles et moins bien connues se trouverai-ent galement dans les couches de charbon

houille. Loption de stocker le CO2 dans lacolonne deau de locan a dsormais dis-paru des discussions internationales. Elleest dailleurs explicitement interdite parlUnion europenne. Les roches de stockageici envisages sont des roches poreuses, que

lon pourrait comparer du sable dont lesgrain s pigeraient le CO2. (Voir schma ci-dessous)

En 2005, le GIEC estimait quil existait unpotentiel technique dau moins 2.000 mil-liards de tonnes de CO2 de capacits de stoc-kage dans des formations gologiques. Ceschiffres ne prennent en considration queles capacits qui sont raisonnablement con-nues, savoir principalement les rservoirspuiss de ptrole et de gaz naturel, prcisele Pr. Jean-Pascal van Ypersele , climatolo-gue l'UCL et vice-prsident du GIEC. Ilsexcluent les aquifres salins, pour lesquelsdes travaux de recherche et dexplorationsont encore ncessaires. Sachant que lon

met actuellement une cinquant aine de mil-liards de tonnes de CO2 par an, ces donnesmontrent que le CCS ne peut tre quunesolution transitoire, une tape du long pro-cessus qui doit mener vers une socit sanscarbone. Une vision par tage par la plupar tdes experts sur le sujet. Il n'a pas encore ttabli de correspondance entre les potentielsdes grands sites de stockage au monde et lesprincipales sources d'missions. Une don-ne qui in spire cette rflexion Hugues deMeulemeester, fondateur de la socit deconsultance Climact : Si le CCS est acceptet dploy, certain s sites de stockage vont de-

venir intressants pour l'installation de sitesindustriels. Plutt que de se focaliser sur lesmatires premires, une option ne pourrait-elle pas tre l'avenir pour u n indu striel dese focaliser sur le lieu o il pourra mettreses missions ?.

Dans les puits de ptroleLes industriels en par ticulier les ptrolierset les gaziers ont accumul les connaissan-ces sur le stockage dans les champs puiss.Linjection de CO2 est notamment utilisepour la rcupration additionnelle de p-

trole dans les puits, explique Rose de Lan-noy. Dans ce procd, appel Enhanced OilRecovery (EOR), le CO2 est inject dans lepuits pour rendre le ptrole plus fluide afind'en extraire un volume plus important. LeCO2 qui en ressort est ensuite spar du p -trole et rinject dans le puits pour y trestock. Un autre procd li la productiond'hydrocarbures est utilis par le groupe p-trolier norvgien Statoil en mer du Nord. C e-lui-ci exploite les gisements de gaz situs 4km sous le niveau de la mer du Nord. Le gazextrait contient naturellement du CO2 dontla teneur doit tre rduite p our respecter les

spcifications contractuelles de commercia-lisation. La Norvge ayant instaur une t axetrs leve sur les missions de CO2, Statoilstocke ce CO2 dans un aquifre salin situ

Le CO2 est inject dans la roche poreuse sous forme liquide et sy diffuse. Au contact de leau, ilse dissout. Suite sa migration naturelle travers le milieu poreux, il rencontre des minraux -notamment du calcium - et se transforme en carbonate. Avec le temps, le CO2 se solidifie doncet se minralise. Ce qui fait dire aux experts que la scurit du stockage augmente au cours dutemps. Lensemble de ce processus se compte en milliers dannes.

Le prix du marchdu CO2 dterminera

le choix de linvestisseurentre telle ou telle

technologieRose de Lannoy (GDF SUEZ)

MCANISMES DE STOCKAGE DU CO2

Source

:ZEP


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800 mtres de profondeur sous la mer duNord. Chaque ann e, cest un million de ton-nes de CO2 qui est ainsi stock depuis 1996.Le n iveau de connaissance sur les aquifres

salins dont on pense quils dtiennent leplus haut potentiel de stockage au monde n'est cependant pas encore lev. Pour lestockage, le point essentiel concernant lesactions prendre est le dveloppement dela mthodologie de caractrisation des sites.

Afin, dune p art , de dterm iner sil sagit dunsite appropri. Et, dautre part, de prparerle monitoring qui sera fait du site pendantet aprs les oprations de stockage du CO2,souligne Rose de Lannoy. Ce qui demanderades financements important s et ce qui faitdire Philippe Mathieu que cest le stockagequi dcidera de lavenir de lensemble de la

filire. Car sans site de stockage bien carac-tris, inutile de capter. Et Rose de Lannoyd'ajouter que tous les acteurs concerns af-firment que si l'on ne commence pas mainte-

nant concevoir les rseaux de t ransport et caractriser les aquifres salins, on se di rigevers un retard de dploiement.

Les financements suivront-ils ?La commercialisation des technologies CCSn'interviendra qu'aprs une srie de tests taille industrielle, c'est l'objet de ce que l'onappelle les grands dmonstrateurs. Cer-tains sont considrs comme quasi prts ladcision d'investissement aux tats-Unis. EnEurope, quand la Directive CCS est sortieen 2009, on avait estim qu'un portefeuillede douze grands dmonstrateurs oprati-onnels en 2015 tait ncessaire et tabl surun dploiement de la technologie en 2020.Pour y arriver, les programmes de finance-

ment europens EEPR et NER300 ont tmis en place. Depuis, la crise est passe parl et les prix du carbone se sont effondrs.Or, ces projets comptaient notamment surune par tie des revenus du systme europend'changes de quotas d'missions de CO2.On parle dsormais d'un dploiement com-mercial vers 2030. Mais vu le contexte fin an-cier, Rose de Lannoy s'interroge : parvien-drons-nous avoir le portefeuille adquat degrands dmonstrateurs ? Si leur nombre estrestreint, les investisseurs se montreront-ilsconvaincus par leurs rsultats d'ici 2020 ?C'est l un gros risque qui pse sur le CCS,

car il sera pour ainsi dire impossible pour lesquipementiers de poursuivre leurs effortsde recherche pendant dix ans de plus sanscommandes la cl Une situat ion dont onne peut s'empcher de penser qu'elle pour raitconduire une dpendance technologiquede l'Europe. D'autres rgions du monde,comme la Chine, o les centrales lectriquesau charbon sont lgion, ont un rel besoin deces technologies et tergiversent moins, pr-cise Hugues de Meulemeester.

Le prix du carbone,

dterminantTous les experts s'accordent pour dire quela technologie ne se dploiera rellementqu' partir du moment o la tonne de CO2dpassera une certaine valeur. Une valeur partir de laquelle les industriels n'aurontplus intrt mettre. Pour l'instant, le prixde la tonne de CO2 tourne autour des 9 EUR.Il est ds lors plus avantageux pour les in-dustriels de payer pour acheter leurs quotasde droits d'missions de CO2 que d'investirdans des installations CCS. On s'attend ce-pendant ce que la contrainte internatio-nale quant la rduction des missions de

carbone s'accentue; ce qui entranerait uneaugmentation significative du prix de latonne de carbone et rendrait la technologieplus attractive conomiquement. Les incer-

UN RSEAU D'UT ILISAT ION DU CO2 ANVERSPlutt que de seulement stocker le CO2 dans le sous-sol, ne pourrait-on pas l'utiliser et le

recycler pour ainsi dire ? On pense d'abord au processus de production de biomasse partir

d'algues pour lequel le CO2 est ncessaire. "Cette option reste cependant anecdotique par

rapport aux quantits de CO2 mises dans le monde", dclare Pierre Dewallef, professeur

spcialis dans les nergies renouvelables l'ULg.

L'Institut flamand pour la recherche technologique (VITO) participe quant lui un projet pi-

lote visant utiliser le CO2 pour la production de nouveaux matriaux de construction (projet

Carbstone). Il se penche galement sur la mise en place d'un projet dans le Port d'Anvers o

les entreprises du secteur de la chimie, notamment, envisagent de crer un rseau qui leur

permettrait de s'changer du CO2 plutt que de devoir l'acheter. Avec pour but, terme, de

combiner ce rseau avec celui dvelopp dans le cadre du hub de Rotterdam pour le stoc-

kage du CO2 (projet Carbon Capture Utilization and Storage).

DPLOIEMENT DU CCS ENTRE 2010 ET 2050

OCDE Amrique du Nord

OCDE Europe

OCDE Pacifiqu e

Chine et Inde

Autre

CO2 captur (monde)

Nombredeprojets

Captur(Mtco2/an)

Source : AIE - Technology Roadmap - Carbon capture and storage - 2009


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titudes quant l'volution des technologies,l'volution des prix des combustibles, desprix de l'lectricit et la conclusion d'un ac-cord international sur le prix du CO2 ren-

dent difficile une estimation de la valeurcritique du CO2. La fourchette la plus sou-vent cite oscille entr e 40 et 70 EUR la tonn e. ce jour, contrairement aux renouvelables,il n'existe pas de mcanismes de subsides

pour le CCS (hors ce qui est prvu pourles premiers dmonstrateurs). Quandla technologie sera commercialementdisponible, c'est le prix du march duCO2 qui devra donn er l'investisseur leslments ncessaires son choix entretelle technologie ou telle autre, dclareRose de Lannoy. L'enjeu est donc aujour-

d'hui pour l'industriel d'investir dans laconnaissance de cette technologie afinde pouvoir dcider de s'y lancer ou nonquand la question conomique se posera.

L'impact du nuclaire ?Un autr e facteur susceptible d'influencerle dploiement du CCS est le mix ner-gtique qui sera choisi par chaque pays.La question de la sortie du nuclaire yest lie. Une dcision de ce type peut

avoir un impact direct sur la mise en u-vre ou non du CCS. Sortir du nuclaireimplique en effet de revoir le mix de ses

sources d'approvisionnement nergtique etd'ventuellement avoir recours davantagede charbon et gaz. Ce qui accrot le bilancarbone du pays et revient implicitement devoir avoir recours au CCS. Un raisonne-ment que confirme Jean-Pascal van Yperse-le : De nombreuses tudes dont celle de laCommission nergie 2030 en Belgique ontdmontr que si l'on est oblig de se passerdu nu claire ou du CCS, c'est tenable cono-miquement. L'interdiction des deux techni-ques conduit pa r contre un e hausse signifi-cative des cots par r apport au x exigences de

rduction des missions.

Et en Belgique ?De 2005 2011, soutenu par la politiquescientifique fdrale, le projet PSS-CCS acontribu clarifier le potentiel du CCSen Belgique. Le parc nergtique belge necomprenant pas normment de centralesau charbon, ce sont plutt les cimenteries,les aciries et les installations de ptrochi-mie et de chimie qui seraient les premiresconcernes par le CCS. Certains industrielsse seraient dj concerts pour examinerla possibilit de stocker leurs missions de

CO2 dans des rservoirs communs. Le pro-jet fdral est actuel lement termin, et laballe se trouve prsent dans les mains desRgions pour le financement de projets de

dmonstration par exemple. La Flandre semontre assez ouverte par rapport au poten-tiel du CCS. Un pr ojet de d monstration estd'ailleurs actuellement envisag dan s le Port

d'Anvers. La Rgion wallonne fait par contrepreuve de davantage de r serves.L'un des enjeux principaux qui se pose enBelgique concerne le stockage. Notre paysne dispose pas, dans son sous-sol, de largescapacits de stockage. Il existe des rservoirspotentiels, mais leur exploration prendraencore 5 10 ans avant de savoir s'ils pour-ront tre utiliss, prcise Kr is Piessens. Lescouches de houille dans les mines non ex-ploites de Campine et du Hain aut font aussipartie des options envisages terme. Maiscette piste, aux capacits limites, reste trs

thorique et ncessite galement des inves-tigations supplmentaires. Si la Belgique selanait dans le CCS, elle devrait donc dansun pr emier temps exporter le CO2 capt. Unesolution tout fait raliste serait d'acheminerle CO2 vers les Pays-Bas, o Rotterdam sou-haite se profiler comme un hub du CO 2. Sile CCS devait se dployer, Rotterdam bnfi-cierait alors d'un avantage concurrentiel cer-tain sur le Port d'Anvers. C'est un lment ne pas ngliger, souligne Kris Piessens.Philippe Mathieu estime quant lui que letran sport et le stockage seront probablementamens devoir se mutualiser entre plusi-

eurs metteurs d'un e mme rgion gograp-hique, au-del de la Belgique. Avec une qu es-tion, qui financera ces oprations ?

Dan s le Coca-ColaQue cela soit au niveau belge ou internati-onal, un dernier lment n'est pas sous-estimer dans les discussions sur le CCS. Ils'agit de la p erception de la technologie parle grand p ublic. Les experts que n ous avonsrencontrs se veulent rassurants. Le CO2est un gaz stable et amorphe, que nous res-pirons chaque jour, dont il existe des sour-

ces naturelles sur Terre, et qui est utilisdans certains processus industriels commele Coca-Cola. Il n'en reste pas moins qu'certaines concentrations dans l'atmosphre au-del de 5% , il peut tre mortel. D'oles recherches menes sur la caractrisationdes sites de stockage et le transport pourviter les fuites. Fuites qui, selon PhilippeMathieu, ne concerneraient que les cinquan -te premires annes d'enfouissement, vu ladissolution dans l'eau des aquifres salinset la minralisation du CO2 qui s'oprentensuite durant les centaines d'annes sui-vantes. Pour dmontrer la technologie et ga-

gner la confiance du public, l'Angleterre etles Pays-Bas ont d'ores et dj annonc queleurs stockages se feraient prioritairementen offshore.

ET POU RQUOI NE PAS IMIT ERLA NAT URE ?Des initiatives alternatives, pouvant tre com-

plmentaires au CCS conventionnel, se dvelop-

pent. C'est le cas du projet de recherche euro-

pen CO2SolStock auquel participe le bureau

belge de consultance Greenloop. "Nous recher-

chons des solutions pour stocker le CO2 de ma-

nire naturelle dans l'corce terrestre", explique

Gauthier Chapelle, directeur scientifique de

Greenloop. Les recherches se concentrent sur-

tout sur la bio-minralisation du carbone par des

micro-organismes, en particulier sur l'utilisation

des proprits de certaines bactries pour com-

biner calcium et CO2 afin de produire des roches

calcaires. Des biotechnologies qui pourraient par

exemple tre utilises pour stocker durablement

le CO2 prsent dans les eaux uses.

Linterdiction dunuclaire et du CCS

conduit une haussesignificative des cots

par rapport aux exigences

de rduction desmissions Jean-Pascalvan Ypersele (UCL / GIEC)

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