Piloté à distance par un opérateur en combinaison rouge, le gigantesque creuset, suspendu à un pont roulant, avance dans un balancement. Tel un gigantesque insecte de métal, il insère sa trompe proéminente dans la cuve face à lui. En quelques gestes précis, l’ouvrier aux commandes déclenche l’aspiration de l’aluminium en fusion puis ressort la trompe, encore rougeoyante de métal. Il dirige le réservoir vers une autre cuve d'électrolyse, parmi les centaines qui s'alignent sur les 1,2 kilomètre de long du bâtiment D de la fonderie d’aluminium de Norðurál. Un ensemble industriel gigantesque, dont les murs bleus s’étendent devant le Hvalfjörður, ou fjord des baleines, à quelques dizaines de kilomètres au nord de la capitale islandaise Reykjavik.
Malgré ses dimensions impressionnantes, ce site n'est que l'une des trois fonderies d'aluminium primaire que compte l'Islande. A eux seuls, l'islandais Norðurál (propriété de l'américain Century Aluminum depuis 2004), l'anglo-australien Rio Tinto et l'américain Alcoa, consomment 70% de l'électricité islandaise. Le résultat de la politique de l'île, qui capitalise depuis des années sur son abondante électricité bas carbone (hydroélectrique et géothermale) pour attirer ces sites industriels, et leur permettre de vendre le métal qu'ils produisent comme le plus «vert» du monde.
Pour accroître cet avantage écologique, Norðurál, dont L'Usine Nouvelle a pu visiter l'usine, cherche désormais à capter les importantes quantités de CO2 produites directement par ses procédés industriels. Un défi pour lequel les technologies manquent encore, et que le fondeur espère relever avec l'aide d'une discrète start-up norvégienne, Ocean GeoLoop. L'enjeu: figurer «parmi les premiers producteurs d'aluminium neutres en carbone du monde», explique la vice-présidente HSE et durabilité de Century Aluminum, Steinunn Dögg Steinsein.
Exporter l'électricité sous forme solide
L'aluminium primaire est obtenu par électrolyse d'alumine, un oxyde d'aluminium qui prend la forme d'une fine poudre blanche, elle-même raffinée à partir de bauxite avant d'arriver en Islande... Or, comme son nom l'indique, cette opération d'électrolyse est très gourmande en électrons. Tant mieux: l'Islande en a, résume Steinunn Dögg Steinsein: «Face à l’ampleur des capacités de production électrique de l’Islande, la demande domestique ne suffisait pas. D’une certaine manière, le raffinage d’aluminium a servi de moyen pour “exporter” ce surplus d’électricité dans le monde.» La seule usine de Norðurál, qui emploie 600 personnes pour produire 320 000 tonnes d’aluminium par an, a ainsi utilisé 25% de la production électrique islandaise en 2021 (lire à la fin de cet article).
Guittet Pascal Plongé dans un bain de cryolithe au sein de cuves d'électrolyse à 960°C, l'aluminium est récupéré par des creusets qui aspirent le métal fondu et désoxydé. Crédit photo: Pascal Guittet
Devant une salle remplie de blocs de graphite, qui doivent être assemblés à de gigantesques fourches de métal pour former des anodes fonctionnelles, l’ingénieure chimiste détaille le procédé Hall Héroult, communément utilisé pour produire de l’aluminium par électrolyse. La recette, simple, a l'inconvénient d'être énergivore. Pour séparer le métal convoité, à savoir l’aluminium, des atomes d’oxygène qui s’y accrochent, l’alumine est plongée dans un bain de cryolithe fondue à 960°C, où elle est traversée par un intense courant électrique... L'oxygène ainsi produit, lui, se combine aux anodes de graphite et forme du CO2.
Guittet Pascal Chaque cuve utilise 20 anodes decarbone de 1 à 1,2 tonne chacune. Elles sont assemblées sur place et remplacées en moyenne tous les 27 jours, une fois consumées et transformées en CO2. Crédit photo: Pascal Guittet
C'est là que le bât blesse d'un point de vue climatique. «Il est aujourd’hui indispensable de brûler une anode de carbone pour produire de l’aluminium, au prix d’émissions de CO2 inévitables», décrit Steinunn Dögg Steinsein. Une réaction qui plombe le bilan carbone de l’aluminium, et qui pourrait limiter le rôle de ce métal ultraléger dans la lutte contre le réchauffement de l'atmosphère. La gamme la plus verte de Norðurál émet, sur tout le cycle de vie de la production du métal, un peu moins de 4 tonnes de CO2 par tonne d’aluminium. Une empreinte loin des «12 à 15 tonnes en moyenne au niveau mondial», chiffre la responsable environnement (Aluminium Dunkerque, qui produit en France, affichait 4,5 tonnes de CO2 par tonne d’aluminium en 2020). Mais qui reste néfaste pour le climat.
Anode inerte ou capture de CO2
D'où le travail de Norðurál pour aller plus loin et, une fois l'électrification des charriots de manutention achevée, s'attaquer aux émissions de procédé. «Quatre tonnes de CO2 sur l'ensemble du cycle de vie, dont 1,6 tonne au niveau du raffinage de l’alumine, c’est le meilleur score atteignable avec les technologies actuelles. Pour aller plus loin, deux voies sont explorées: l’anode inerte et la capture de carbone», liste Steinunn Dögg Steinsein. La première, sur laquelle ne travaille pas Norðurál, est notamment suivie par Rio Tinto et Alcoa, au sein de la coentreprise Elysis, qui progresse au Québec. Elle permettrait de se passer d’anode en carbone et donc d’éliminer totalement les émissions, mais n'est pas encore mature et pourrait conduire à augmenter la quantité d'énergie nécessaire à la production d'aluminium.
Guittet Pascal Dans chaque cuve, un courant très intense (plusieurs centaines de milliers d'ampères) vient séparer l'aluminium de l'oxygène qui s'y est accroché. Crédit photo: Pascal Guittet
Norðurál, de son côté, justifie son choix de la capture de carbone comme étant plus simple. «Nous explorons une solution avec la start-up norvégienne Ocean Geoloop, mais tout est encore très amont», explique Steinunn Dögg Steinsein. Une lettre d'intention portant sur la collaboration entre les deux acteurs a été signée début 2022. Discret, Ocean Geoloop précise sur son site internet utiliser une solution «naturelle», à base de nanocellulose issue d’organismes marins. Celle-ci serait capable de retirer 100% du CO2 pour le séquestrer, par exemple au sein des couches profondes des océans, et ce sans surcoût énergétique.
Des promesses rares dans le monde de la capture du CO2, et qui doivent encore être vérifiées sur le terrain. La start-up, dans laquelle le géant pétrolier Chevron a investi 10 millions d’euros en août, est en train de finaliser l’installation de son premier pilote de capture de CO2 sur une usine de la papeterie norvégienne Norske Skog.
Du CO2 très peu concentré
Pourquoi ne pas utiliser une solution sur étagère? Pour limiter l’accumulation de poussières et de fluoride, un coproduit du procédé, les cuves sont ventilées en permanence. «Cela crée beaucoup de faux air, donc les concentrations de CO2 dans les fumées en sortie sont très faibles: autour de 1%», détaille Steinunn Dögg Steinsein. Un problème pour les technologies existantes qui sont d’autant plus efficaces que le CO2 est concentré.
Guittet Pascal L'aluminium sort aujourd'hui sous forme de lingots. Toujours pour réduire son empreinte carbone, Norðurál construit une nouvelle fonderie pour produire des barres d'aluminium, qui pourront être travaillées par extrusion sans être refondues. Crédit photo: Pascal Guittet
D'où le partenariat avec Ocean GeoLoop, sans qu'une date d'installation ne soit mentionnée. «Il est difficile de spéculer sur la réussite du projet, car le concept d’Ocean Geoloop n’a pas encore été prouvé à l’échelle industrielle, reconnaît l’ingénieure. Mais travailler ensemble nous permettra d'abord de comprendre ce que nous pouvons faire du côté de la capture de CO2.»
Une position exploratoire partagée par d'autres fondeurs d'aluminium primaire. Fin 2021 par exemple, Rio Tinto annonçait travailler avec la start-up de minéralisation du CO2 Carbfix, qui doit installer un gigantesque terminal de séquestration du CO2 sous terre aux portes de son usine islandaise d'ici à 2026, pour identifier et tester des solutions de captage de CO2.
Guittet Pascal L'air issu des cuves, composé à 1% de CO2, est filtré par quatre usines de traitement des fumées sur lesquelles Ocean GeoLoop doit se brancher. Crédit photo: Pascal Guittet
Pour atteindre un aluminium zéro CO2, ces nouvelles technologies devront faire leurs preuves et ne pas être prohibitives du point de vue économique. Pour compenser en partie leurs surcoûts, Norðurál compte bien sûr vendre des crédits carbone sur le marché européen. Mais son aluminium bas carbone sera probablement plus cher que d'autres. Pour le vendre, il mise donc aussi sur une hausse des besoins. «Le prix de l’aluminium varie beaucoup, mais la demande est haute et va augmenter, car c’est un produit utile face au changement climatique», juge Steinunn Dögg Steinsein.
Très léger, le métal argenté peut permettre de limiter le poids des produits, donc les émissions de CO2 qu'engendre leur transport. De quoi intéresser les constructeurs, demandeurs de métal à faible empreinte carbone pour proposer des gammes «vertes» dans l'automobile, la gestion de l'énergie et la grande consommation. Une demande que Norðurál espère suffisamment haute pour ne pas être comblée par les réserves d'aluminium recyclé. Qui sera plus bas carbone encore que le sien.
