Dossier : Le captage et stockage de CO₂

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Décryptages

Le captage du CO2

Le principe du captage et stockage du dioxyde de carbone (CO2) peut s'appliquer aux industries qui en sont les plus importantes émettrices : les centrales électriques qui fonctionnent au charbon, au gaz ou au fioul, les usines sidérurgiques ou pétrochimiques, les cimenteries, les raffineries de pétrole, etc. 

captage du CO2
Le captage-stockage consiste à isoler le CO2 puis à le transporter, notamment par gazoduc, vers un site de stockage souterrain. ©DUFOUR MARCO - TOTAL

Première étape : isoler le CO2

Dans beaucoup de cas, le CO2Dioxyde de carbone. Avec la vapeur d'eau, c’est le principal gaz à effet de serre (GES) de l'atmosphère terrestre... d’origine anthropiqueAnthropique est un adjectif signifiant "qui est en rapport avec l'espèce humaine"... résulte de la combustion d’énergies fossiles. Plusieurs méthodes existent mais elles présentent souvent l’inconvénient d’un coût élevé ou imposent de modifier les installations des usines.

Moins de 15 % : la part du CO2 dans les fumées de combustion

Les fumées ne sont pas composées uniquement de CO2, il faut donc d’abord séparer le CO2 des autres éléments constitutifs des fumées. S’il est facile de séparer le CO2 de la vapeur d’eau, cela est plus complexe de le séparer de l’azote - élément présent en grande quantité dans l’air (environ 80 %). La séparation du CO2 de l’azote, qui requiert beaucoup d’énergie, est coûteuse. Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIECLe GIEC est le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat...) estime que cette étape compte pour les deux tiers du coût global du captage-stockage. 

On pourrait imaginer d’éviter cette phase en captant et en stockant l’intégralité des fumées. Mais celles-ci ne contiennent en moyenne qu’entre 3 et 15 % de CO2. Ne pas séparer le CO2 conduirait à transporter et stocker des quantités très importantes de gaz avec des conséquences majeures sur les tailles des infrastructures de transport et sur les capacités de stockage à mettre en œuvre. 

Trois voies de captage sont aujourd'hui possibles : 

 

  • La postcombustion

Cette technique est aujourd’hui la mieux maîtrisée. Elle consiste à extraire le CO2 des fumées de combustion à l’aide d’un solvant chimique liquide. Celui-ci se lie au CO2 et le couple solvant-CO2 est séparé du reste de la fumée. Puis le couple solvant-CO2 est dissocié à son tour par un procédé thermique qui permet la régénération du solvant pour qu’il se fixe de nouveau au CO2. La postcombustion présente l’avantage de pouvoir être appliquée aux installations existantes puisqu’elle nécessite peu de modification des usines.

Il existe 3 voies de captage de CO2 qui ont été testées à un niveau industriel. 

 

  • La précombustion 

L’idée est de décarboner le combustibleUn combustible désigne tout composant ou matière solide, liquide ou gazeux susceptible de se combiner à un oxydant... avant qu’il ne soit brûlé. Pour ce faire, on transforme le combustible en un gaz de synthèse composé de monoxyde de carboneLe monoxyde de carbone est l'un des oxydes du carbone, de formule CO... (CO) et d’hydrogèneL'hydrogène est l'atome le plus simple et le plus léger. C'est l'élément de très loin le plus abondant de l’univers. (H). Puis on introduit de la vapeur d’eau dans le gaz de synthèse. Celui-ci réagit et le monoxyde de carbone se convertit alors en CO2, avec production additionnelle d’hydrogène. Le CO2 et l’hydrogène sont ensuite séparés grâce à un solvant. Le CO2 peut donc être capté à ce stade. L’hydrogène, utilisé seul, produit de l’énergie sans émission de CO2. Cette technologie est déjà employée à échelle industrielle ; elle requiert des équipements spécifiques qui doivent être prévus dès la conception du site industriel concerné. 

 

  • L’oxycombustion

Dans un schéma classique de combustion, on utilise de l’air. Ce procédé génère d’importants volumes de fumées, dans lesquels le CO2 est très dilué. L'oxycombustion consiste à brûler l’énergie fossile avec l’oxygène pur ; les fumées qu’elle génère contiennent essentiellement du CO2, et de l’eau sous forme de vapeur, faciles à séparer. L’étape préliminaire aura donc consisté à séparer l’oxygène des autres constituants de l’air, principalement l’azote.  

Ces trois procédés ont atteint un stade industriel ou font l’objet de pilotes, c’est-à-dire d’installations qui permettent de tester les techniques et de préparer un déploiement à échelle industrielle. Actuellement, ces trois voies présentent l’inconvénient d’être coûteuses et fortement consommatrices d’énergie.

La recherche d’autres méthodes

 D’autres méthodes en sont encore au stade de la recherche. Certaines utilisent des membranes, qui laissent passer seulement certaines molécules et donc séparent le CO2 des autres éléments. Une autre, plus avancée, est connue sous l’appellation de « boucle chimique ». Cette technologie consiste à utiliser deux chaudières reliées entre elles. Dans la première, on fait entrer de l’air et une poudre métallique. Ce métal s’oxyde au contact de l’air et pénètre dans la deuxième chaudière où l’on introduit le combustible, charbon ou gaz. Le combustible consomme alors l’oxygène porté par le métal et le transforme en un mélange de CO2 et d’eau, facilement séparables. La poudre débarrassée de son oxygène retourne dans la première chaudière et un nouveau cycle peut commencer.