Depuis la révolution industrielle, les émissions de CO2 ont été multipliées par dix. Ces émissions sont principalement liées à l’utilisation de combustibles fossiles et à l’industrie (90%). Ces combustibles fossiles nous ont permis d’avoir de l’énergie en grande quantité, et donc d’augmenter la production, ce qui a engendré le développement économique que nous avons connu. Face à la nécessité de réduire nos émissions de CO2, deux solutions sont envisa-geables : d’une part consommer moins d’énergie et accepter un développement économique plus faible, d’autre part décarboner la production d’énergie. On comprend donc pourquoi la transition énergétique et industrielle vers des procédés bas carbone est vitale.

Cette transition peut et doit se faire d’abord par une optimisation des procédés, permettant de gagner en efficacité et donc de consommer moins d’énergie. Par ailleurs, un second levier consiste à produire de l’électricité bas carbone et d’électrifier tous les usages qui peuvent l’être. Mais cela ne sera pas suffisant. Que faire des émissions incompressibles ? Le captage du carbone apparaît comme une solution supplémentaire pour supprimer ces émissions résiduelles.

Quelles sont les technologies de captage à notre disposition ?

Quels acteurs apparaissent, et avec quel modèle économique ?

Le rôle du captage et du stockage du carbone dans la transition énergétique

Le captage du carbone, que ce soit en sortie d’usine ou directement dans l’air, est nécessaire pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de CO2 anthropiques dans un scénario Net Zero 2050.
Le scénario de référence qu’est le Plan Net Zéro de l’AIE repose sur cette technique, qui permettrait de réduire de près de 8 % les émissions cumulées jusqu’en 2050. On la retrouve aussi dans le scénario Net Zero BloombergNEF, où il représenterait plus de 16% des émissions évitées. Le GIEC, lui, met en avant l’importance du captage à la source mais aussi de l’élimination de carbone dans l’air.

L’importance accordée à cette technique est croissante, du fait de l’augmentation continue des émissions mondiales, qui n’ont toujours pas atteint un maximum. Plus le temps passe, plus le besoin de retirer du carbone dans l’atmosphère augmente. À moyen terme, cela permettra de compenser les émissions résiduelles des secteurs difficilement décarbonables, et à long terme, cela permettra de réaliser des émissions nettes négatives, pour renverser la tendance. Dans son dernier rapport de synthèse de 2023, le GIEC mentionne que l’élimination du carbone dans l’air est nécessaire dans tous les scénarios qui limitent l’augmentation de la température à +2°C.
 

Les techniques de captage, de transport et de stockage.

 

En quoi consiste la technique dite « CCUS » (pour Captage du Carbone, Utilisation ou Stockage), parfois simplement appelée « CCS » ?On peut séparer les techniques de captage entre celles qui permettent de capter le CO2 à la source, avant qu’il soit émis dans l’atmosphère et donc de réduire les émissions du secteur émetteur, et celles qui permettent de capter du carbone dans l’air et qui sont donc des méthodes dites à émissions négatives, ou d’élimination de carbone. On entend souvent parler en anglais de « CDR » pour « Carbon Direct Removals ».

Le captage à la source puis le stockage – une méthode de réduction des émissions

Le captage à la source est réalisé dans des secteurs très émetteurs comme les centrales électriques au charbon, les cimenteries, les aciéries ou encore les usines chimiques. Le principe consiste à traiter les fumées qui contiennent du CO2 pour rejeter des fumées avec une teneur en CO2 la plus faible possible.

1. Les fumées passent par un solvant, ou par un solide sur lequel les molécules de CO2 s’accrochent : on parle d’absorption. 
2. Le solvant ou le solide est regénéré, c’est-à-dire, séparé du CO2, par chauffage.
3. Le solvant ou le solide peut ensuite être réutilisé. 
4. Le CO2 pur est liquéfié, prêt à être transporté et stocké de façon permanente.
    

La dernière étape est le stockage du CO2 de façon permanente dans le sous-sol terrestre ou océanique.

En 2050, dans un scénario Net Zero, quelques milliards de tonnes de CO2 seront captées, et plus de 90% seront stockées dans des structures géologiques pour des milliers d’années. Ces structures géologiques peuvent être des anciens gisements d’hydrocarbures ou des cavités salines. Elles sont présentes à la surface de la terre en quantité suffisante mais ne sont pas réparties de manière équitable.

En France, par exemple, plusieurs lieux de stockage ont été identifiés. Ils permettraient de stocker 1 Gt de carbone au total, selon un chiffre approximatif, ce qui serait suffisant pour plusieurs années. Le chiffre exact reste encore à déterminer.

L’utilisation du CO2 à des fins industrielles est aussi envisagée, mais dans une moindre mesure. En effet, la quantité de CO2 captée sera bien supérieure à la demande. D’une part, certains usages actuels sont amenés à disparaître, comme l’injection du CO2 dans des puits de pétrole pour augmenter leur rendement, ce qui est pourtant le premier usage du CO2 dans le monde aujourd’hui ; d’autre part, d’autres usages devraient perdurer, comme l’usage du CO2 pour la fabrication d’urée, ou dans l’industrie agroalimentaire. Quelques nouvelles activités se développent et utilisent du CO2 comme la production de e-carburant, qui produit du kérosène de synthèse à partir d’hydrogène et de CO2. Au total, l’utilisation du CO2 ne permet pas de le stocker pendant des durées suffisantes, puisqu’il est souvent relâché lors de l’utilisation du produit. Par exemple, au moment de la combustion d’un e-carburant, le CO2 est relâché dans l’atmosphère.

L’élimination de carbone dans l’air – une méthode pour obtenir des émissions négatives

Comment retirer du carbone de l’atmosphère ? La nature réalise naturellement ce qu’on souhaite réaliser, par la photosynthèse, mais avec deux limites. Premièrement, les terres fertiles sont limitées à la surface du globe, et sont en compétition avec l’agriculture pour nourrir la population toujours plus nombreuse. Deuxièmement, la végétation n’est pas une forme de stockage permanente pour le carbone. En effet, la matière végétale est soumise à des risques, comme les incendies, qui entrainent la libération du carbone stocké. De plus, naturellement, la matière organique se décompose et finit par relâcher le carbone qu’elle a stocké. Les puits de carbone que sont les forêts ont donc un rôle à jouer pour nous aider à compenser les émissions résiduelles, mais on ne peut pas compter uniquement sur cette technique. D’autres techniques, que l’homme peut contrôler et qui permettent un stockage permanent du carbone, existent.

• DACCS – Direct Air Carbon Capture & Storage
  La 1ère technique consiste à réaliser de la CCS directement dans l’air, ce qui est plus compliqué que dans les fumées en sortie d’usines qui sont 500 à 2000 fois plus concentrées. Cela permet néanmoins de réduire la quantité de CO2 déjà présente dans l’atmosphère.En raison de la faible concentration de l’air en CO2, il faut faire passer beaucoup d’air par le solvant absorbeur, et cela se fait en brassant l’air avec des ventilateurs. Alimenter ces ventilateurs et chauffer le solvant pour le regénérer demandent beau-coup d’énergie et donc coûte aujourd’hui très cher.

• BECCS – Bio-energy & Carbon Capture & Storage
  Cette technique repose sur un cycle en plusieurs étapes.

1. La végétation capte du carbone dans l’air par photosynthèse.
2. La matière organique est utilisée pour alimenter une centrale électrique au pellet de bois, ou de biogaz.
3. Les fumées sortant de la centrale sont traitées avec un dispositif de CCS
4. Le carbone est enfoui de façon permanente.

Cette technique permet au total d’avoir des émissions négatives de carbone, avec plus de carbone capté puis enfoui que de carbone émis au fil des étapes. 

•  Biochar
  Au lieu de laisser la matière organique se décomposer et libérer le carbone capté par photosynthèse, on peut réaliser une pyrolyse de la matière organique, c’est-à-dire brûler en absence d’oxygène les végétaux pour produire un composé solide, riche en carbone et stable. Ce charbon naturel est ainsi désigné sous le terme de « biochar ». Il peut être épandu dans les champs et permet d’améliorer les propriétés du sol, en plus d’être une forme de stockage du carbone.
  

Le développement des techniques de captage dans le monde

Progression du secteur

Les annonces de projets sont en forte hausses depuis 2021 selon la base de données de l’AIE recensant tous les projets de CCS dans le monde. Si on compte la capacité de tous les projets de CCS annoncés avec une date de mise en opération d’ici 2030, on atteindrait 450 Mt de CO2 captées par an en 2030. C’est une grande avancée, comparé aux 65 Mt captées aujourd’hui, mais cela reste loin de l’objectif initial de 1030 Mt par an à cette date. Par ailleurs, ce chiffre est très largement en-deçà des objectifs d’un scénario Net Zero 2050 qui demanderait environ 6000 Mt par an en 2050. De fait, la moitié de ces projets n’ont pas encore atteint le stade de décision finale d’investissement, et ne sont encore que des annonces.

En 2023 – 65 Mt/an de CO2 capté

Aujourd’hui, le traitement du gaz naturel est le secteur où la mise en place de la capture carbone est la plus avancée (51% des projets). Le destin du CO2 capté est principalement d’améliorer les rendements des puits de pétrole (80% des projets).

En matière de quantité, on capte 65 Mt/an de CO2 en 2023, soit moins de 0,2% des émissions de CO2 d’origine humaine. Une goutte d’eau dans l’océan de nos émissions. Mais le secteur est en train d’évoluer, connaissant un regain d’intérêt grâce au rôle que la CCS pourrait jouer dans la transition énergétique.

En 2030 – 450 Mt/an de CO2 capté

Au rythme actuel, on capterait 450 Mt de CO2 par an. En outre, la répartition géographique serait beaucoup plus variée, tout comme la diversification des secteurs. Enfin, la destination finale du CO2 serait différente : de près de 80% du carbone capté utilisé pour l’amélioration du rendement des puits de pétrole (EOR), on passerait à plus de 70% de CO2 stocké dans des structures géologiques.