Dans le contexte actuel d'intérêt croissant pour les problématiques environnementales, les gaz à effet de serre d'origine anthropique, notamment le dioxyde de carbone (CO2), sont considérés comme l'une des causes majeures du dérèglement climatique. Pour réduire l'empreinte carbone des activités de l'Homme, l'idée de faire appel à la technologie pour capturer, stocker et utiliser le CO2 (en anglais Carbon Capture, Utilization and Storage ou CCUS) a émergé, ces dernières années, auprès de certains acteurs industriels. C'est pour faire le point sur les développements en matière de CCUS que la fondation de la Maison de la chimie a organisé, le 16 novembre 2020, un colloque intitulé « CO2 : déchet ou matière première d'avenir ? ». Cet événement à distance a permis à différents acteurs publics et industriels de présenter leurs travaux et leur vision sur le sujet.
La conférence a commencé par un rappel de la situation en matière d'émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES). « Le monde émet chaque année environ 50 milliards de tonnes équivalent CO2, soit 40 % de plus qu'en 1990 », précise David Nevicato, responsable du programme de recherche sur les CCUS du groupe Total. Avant de poursuivre : « Selon des chiffres de 2016, près des 3/4 proviennent des utilisations de l'énergie, 1/5 de l'agriculture et 8 % de l'industrie et des déchets ». Pour tenter de tenir le scénario de limitation du réchauffement climatique à 2 °C d'ici à 2030, il est impératif de développer des moyens de séquestration du carbone, en complément des développements sur les énergies bas carbone et renouvelables. Dans ce cadre, plusieurs méthodes existent. D'une part, le captage direct dans l'air (DAC) qui consiste à capter le carbone via l'absorption par des solvants. Ensuite, il y a la méthode BECCS visant à capter le carbone en vue de la production de bioénergie avec des procédés de fermentation ou de combustion. Le CO2 résiduel, issu de ces procédés, est capté pour être séquestré sous terre. Enfin, il reste les puits de carbone naturels (comme les forêts, les océans) ou encore l'application de biochar sur les sols, qui aide à limiter les émissions de CO2 dans l'air. « Le groupe Total finance, depuis 2019, la chaire de recherche CarMa qui vise à trouver des solutions technologiques pour réduire ou capter les émissions de CO2 », indique David Nevicato.
Plusieurs projets de captage à l'étude
Dans le cadre de cette conférence, l'IFP Énergies nouvelles (IFPEN) a présenté son projet sur le captage de CO2 dénommé 3D (DMX Demonstration in Dunkerque). Ce programme de quatre ans vise à démontrer la faisabilité industrielle d'un procédé utilisant un solvant aux amines pour capter le carbone des fumées d'un aciériste émetteur tel qu'Arcelor Mittal. Associant onze partenaires européens, le projet 3D souhaite également préparer la construction d'une unité industrielle capable de capter plus d'un million de tonnes de CO2 par an, provenant de fumées, à l'horizon 2025. En outre, il a pour objectif d'évaluer le potentiel du cluster CCS Dunkerque-mer du Nord qui sera opérationnel d'ici à 2035 avec plus de 10 Mt de CO2 par an captées et stockées en mer du Nord. « Nous avons également initié le projet Dinamix avec l'ambition d'adapter notre procédé DMX à d'autres secteurs industriels émetteurs que la sidérurgie », indique Vania Santos-Moreau, chef de projet en charge du programme 3D à l'IFPEN.
Du côté de chez Air Liquide, les équipes de R&D se focalisent davantage sur le captage direct du CO2 atmosphérique. « Cela peut se faire via un support poreux d'absorption aux amines ou bien par l'intermédiaire de cycles chimiques », précise Régis Réau, directeur scientifique d'Air Liquide. Avant de poursuivre : « La capture directe du CO2 est avantageuse car elle n'a quasiment pas d'impact sur l'eau et les sols. Mais pour en tirer tous les bénéfices à grande échelle, il est nécessaire de réduire le coût de la technologie, d'avoir un accès à une électricité bas carbone et de bénéficier d'une réglementation favorable (taxe carbone, crédit impôt recherche, etc.) ». Dans ce cadre, Air Liquide travaille notamment avec des entreprises telles que Climeworks (projet Aligal 2) ou Carbon Engineering (projet EOR) pour rapprocher les technologies du marché.
Le CO2, une ressource à valoriser en chimie
Une fois capté, il est possible de valoriser le CO2 en matière première pour la production de composés chimiques. C'est pour cela que le chimiste belge Solvay en a fait un de ses axes stratégiques au sein de sa démarche One Planet. « Selon le degré d'oxydo-réduction chimique du CO2, il est possible de le valoriser en différentes molécules chimiques. Mais il faut fournir de l'énergie pour réduire ce CO2 », liste Dominique Horbez, Technology Scouting Manager chez Solvay Recherche et Innovation. Le groupe mise sur une production compétitive d'hydrogène décarboné pour la production de carbonates inorganiques, d'acide formique ou encore de méthanol à partir de gaz carbonique. Du côté de l'IFPEN, l'hydrogène décarboné constitue une manne à développer pour pouvoir se servir du CO2 pour la production d'e-fuels bas carbone. « Il y a clairement des synergies entre opérations CCUS et hydrogène décarboné », souligne François Kalaydjian, directeur Économie et veille à l'IFPEN. Chez Covestro, le CO2 est utilisé depuis plusieurs années pour la production de polyols, en vue de l'obtention de polyuréthanes. « Notre Cardyon est produit à partir de CO2 et d'oxyde de propylène. Combiné à de l'isocyanate, ce polyol peut contenir jusqu'à 20 % de CO2, contribuant à la fabrication d'un polyuréthane plus durable », détaille Christoph Gürtler, Head of Catalysis and Technology Incubation chez Covestro. Outre les polyols, le CO2 pourrait servir directement à la production de fibres en polyuréthane thermoplastique ou encore de polyéthers. Ces polyéthers issus du CO2 pourraient être utilisés pour produire des tensioactifs ou encore des mousses PU rigides. « Il serait également possible de fabriquer des polymères indirectement à partir de CO2 en passant par l'usage de méthanol ou de paraformaldéhyde », indique Christoph Gürtler.
Cette conférence a permis de démontrer que les acteurs industriels sont d'ores et déjà engagés dans des programmes en vue de mieux exploiter les émissions de CO2, que ce soit à travers son captage ou son utilisation. « Pour s'attaquer à cette problématique, il est important de se pencher sur deux aspects. D'une part, il faut avoir une approche systémique autour des CCUS. D'autre part, il faut toujours avoir en tête la contribution réelle de la technologie, et ne pas concentrer ses efforts sur une technologie qui ne serait pas assez avantageuse », insiste Jean-Eudes Moncomble, secrétaire général du Conseil français de l'énergie.
