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Décryptages

Qu’est-ce que le « charbon propre » ?

Le « charbon propre » n’est pas une catégorie particulière de houille ! C’est un ensemble de techniques permettant de réduire les émissions de polluants (oxydes de soufre et d’azote, particules) et de produire plus d’énergie avec moins de charbon, ce qui a pour effet de réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2). Capter le CO2 à la sortie de la centrale et le stocker rendrait le charbon encore plus « propre », mais ce procédé sera long et coûteux à mettre
en place.

La centrale à charbon de Boundary Dam, au Canada, est la seule au monde équipée d'un dispositif de captage de CO2. ©Sask power

Les centrales à charbon sont des centrales thermiques où le charbon est brûlé pour générer de la vapeur d’eau qui active une turbine, laquelle produit de l’électricité. Les dernières années ont été marquées par d’intenses recherches, tant en Chine que dans les pays occidentaux, pour améliorer les performances de ces centrales.

Eliminer les polluants locaux

Les premières améliorations ont été enregistrées dès les années 1980 grâce à la séparation du dioxyde de soufre (SO2) des fumées émises. Le SO2 avait provoqué en Amérique du Nord et dans le nord de l’Europe des « pluies acides » destructrices des forêts qui avaient marqué les opinions publiques. Les préoccupations environnementales croissantes ont conduit ensuite à traiter les oxydes d’azote (NOx) - que l’on trouve aussi dans les gaz d’échappement des voitures - les suies et les cendres non combustibles, c’est-à-dire des particules entre 1 et 100 microns. Celles-ci sont éliminées par divers procédés (précipitation électrostatique, décantation par cyclonage, filtres en tissus). Des recherches sont conduites pour les particules de moins de 1 micron. Toutes ces opérations sur le soufre, l’azote, les particules peuvent augmenter de plus de 20 % le coût de production, donc le prix final de l’électricité.

De 33 à 55 % : la hausse du rendement des centrales à charbon grâce aux progrès technologiques

Améliorer le rendement des centrales

La deuxième voie est d’augmenter le rendement de la centrale : si l’on produit plus d’énergie avec la même quantité de charbon, on améliore d’une part la rentabilité financière de l’installation, on émet d’autre part moins de polluants et de CO2Dioxyde de carbone. Avec la vapeur d'eau, c’est le principal gaz à effet de serre (GES) de l'atmosphère terrestre.... Une centrale classique a un rendement de 33 %, ce qui signifie que 67 % du carbone part dans l’atmosphère sous forme de CO2.

Avec les nouvelles technologies de centrales dites « super critiques » ou « ultra super critiques », on obtient un rendement entre 45 et 46 % : pour cela, on augmente la température à 620 °C et la pression à 280/300 bars, et on récupère la chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... pour une production additionnelle d’électricité selon le principe de cogénération La cogénération consiste à produire en même temps et grâce à la même installation de la chaleur (énergie thermique) et de l’électricité...1.

D’ici 2020, on verra un type de centrale « ultra super critique avancé », avec une température entre 700 et 760 °C et une pression à 350-400 bars, permettant un rendement de 50 %. Une telle centrale aura une capacité allant jusqu’à 1 100 MW, soit plus qu’une tranche nucléaire classique.

Gazéifier le charbon

Il y a une autre méthode encore plus performante, celle de gazéifier le charbon avant de l’utiliser sous cette forme gazeuse dans une centrale à gaz. Le rendement frôle alors 55 %. En même temps qu’on le gazéifie, on le nettoie au passage. Mais le coût est élevé puisqu’il y a en quelque sorte deux centrales bout à bout.

Enfin, il y a le futur du futur : on gazéifie le charbon, mais on l’envoie non pas dans une turbine à gaz mais dans une pile à combustibleUne pile à combustible produit de l'électricité grâce à l'oxydation d'un combustible réducteur au niveau d'une première électrode.... On atteint un rendement supérieur à 60 %, mais il n’y a pas encore d’application industrielle de ce procédé.

Capter et stocker ?

Le captage du CO2 (voir dossier " Captage et stockage du CO2") serait un moyen d’aller plus loin s’il était appliqué systématiquement aux centrales à charbon. Le procédé se heurte à deux difficultés majeures :

- capter le CO2 nécessite de fortes quantités d’énergie. Par exemple, dans la seule centrale thermique au monde ainsi équipée, celle de Boundary Dam dans la province du Saskatchewan au Canada, un tiers de l’énergie de la centrale est utilisé pour le captage, faisant passer la puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... de 165 MW à 110 MW ;

- le CO2 ainsi capté ne peut aujourd’hui être valorisé que s’il est réinjecté dans les gisementsUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)... pétroliers pour favoriser l’extraction des hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène.... Les États-Unis ont développé une filière de ce type. Mais le stocker à plus grande échelle en sous-sol ne serait envisageable économiquement que si un prix était donné au carbone, sans compter les difficultés de transport.

La combustion du gaz émet deux fois moins de CO2 que celle du charbon.

Passer du charbon au gaz

Aussi performantes ou prometteuses soient-elles, toutes ces techniques ne sont pas équivalentes, en matière d’émissions de CO2, au remplacement du charbon par le gaz. Le gaz émet deux fois moins de CO2 que le charbon et toute substitution du second par le premier permet des avancées bien plus notables dans la lutte contre le réchauffement climatiqueLe réchauffement climatique, appelé aussi réchauffement planétaire ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température moyenne des océans....

C’est le cas aux États-Unis où l’essor du gaz de schisteLes gaz de schiste (ou shale gas) sont situés dans des roches sédimentaires argileuses enfouies à de grandes profondeurs... a fait reculer l’usage du charbon dans la production d’électricité et permis au pays de réduire ses émissions. Mais de grands pays comme la Chine et l’Inde dépendent fortement de la houilleAu sens strict, la houille désigne la qualité de charbon intermédiaire entre le lignite et l'anthracite..., accessible à un coût plus faible et dont les réserves sont très importantes2.