Le pari fou du captage de CO2 dans l’air

Laver l’atmosphère de ses molécules de CO2 ? « Au début, nous pensions que le captage direct dans l’air, c’était de la science-fiction… », raconte Patrick Morilhat, le directeur des programmes R&D des technologies de production décarbonée d’EDF. « Il y a quelques années, j’aurais jugé un tel projet complètement fou », renchérit Philip Llewellyn, le responsable de la R&D des technologies de captage, stockage et valorisation du CO2 chez TotalEnergies. « Cette idée m’a semblé insensée pendant très longtemps », admet Éric Favre, professeur à l’École nationale supérieure des industries chimiques (Ensic) de l’université de Lorraine. « Ce serait comme envoyer des bateaux nettoyer l’océan », illustre Louis Fradette, professeur de chimie à Polytechnique Montréal.

Du point de vue de la thermodynamique, le captage direct dans l’air (DAC) est effectivement une idée farfelue. La concentration de CO2 dans l’atmosphère s’élève à 410 parties par million (ppm), un taux 360 fois inférieur à celui des fumées d’une cimenterie, lesquelles contiennent environ 15 % de dioxyde de carbone. « Or, plus une molécule est diluée, plus le coût énergétique pour la séparer grimpe en flèche, et plus ce sera cher », résume Éric Favre. Résultat : capter une tonne de CO2 directement dans l’air demande, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), une quantité d’énergie de 6 à 10 gigajoules (GJ). À comparer aux 2 à 3 GJ consommés par tonne de CO2 extraite de fumées par absorption aux amines.

« C’est vrai que nos systèmes consomment une grande quantité d’énergie… mais pas beaucoup plus qu’en postcombustion », tente de nuancer Nathalie Casas, la directrice technique de la start-up Climeworks, qui développe une technologie DAC par adsorption chimique. L’écart se retrouve dans les coûts : l’AIE estime la tonne de CO2 captée dans l’air entre 100 et 1 000 euros, contre 50 à 150 euros pour la technologie aux amines sur fumée industrielle. « Les coûts vont baisser à mesure que la technologie sera déployée. Chez EDF, nous ne fermons pas la porte à ces technologies », avance Patrick Morilhat.

Un procédé largement envisagé

Le DAC s’est peu à peu imposé dans les trajectoires climatiques qui visent la neutralité carbone à l’horizon 2050. Dans sa feuille de route mondiale Net Zero, l’AIE estime que nous aurons besoin d’atteindre d’ici à trente ans la capacité d’extraire directement de l’atmosphère près de 1 milliard de tonnes (Gt) par an. Même le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec) mentionne le recours à cette technologie presque prométhéenne dans un rapport spécial publié en 2018. Pour l’heure, le secteur encore confidentiel du DAC capte bien plus de dollars que de tonnes de CO2. Le gouvernement Biden, aux États-Unis, a annoncé débourser plus de 3 milliards d’euros dans ce domaine. En début d’année, la start-up canadienne Carbon Engineering a attiré plus de 80 millions d’euros de capitaux privés. De l’autre côté de l’Atlantique, le suisse Climeworks a levé pas moins de 100 millions d’euros en 2020, ce qui lui a permis d’installer, en Islande, la plus grosse unité de DAC au monde d’une capacité de 4 000 tonnes de CO2 par an.

Le DAC séduit parce qu’il agirait comme un « puits de carbone », à l’instar de la plantation d’arbres et des centrales thermiques à biomasse avec captage et stockage du CO2. « Ce sont des technologies à “émissions négatives”. Dans tous les scénarios, nous constatons que réduire les émissions de dioxyde de carbone ne suffit plus, il faut retirer du CO2 issu du stock historique », souligne Florence Delprat-Jannaud, la présidente du Club CO2 et responsable du programme captage et stockage du CO2 à l’IFP Énergies nouvelles (Ifpen).

Pour accomplir cette audacieuse mission, deux procédés de DAC sont actuellement en lice. Le premier, celui de Carbon Engineering, capte le CO2 par absorption chimique à la soude. Le second, développé par Climeworks et la jeune pousse américaine Global Thermostat, repose sur l’adsorption par solvant solide. Cette dernière méthode a pour atout une consommation de chaleur moindre. « C’est la technologie qui a le plus le vent en poupe dans le domaine du DAC », commente Éric Favre. L’étape très énergivore de la régénération se déroule en effet à basse température (entre 85 et 120 °C). « Pour les niveaux de température considérés, il est possible d’utiliser de la chaleur fatale, ce qui évite d’employer de la vapeur », pointe le professeur de l’Ensic. En Islande, l’usine de Climeworks est ainsi alimentée avec l’énergie produite par la centrale géothermique voisine d’Hellisheiði. La marge de manœuvre est plus réduite pour Carbon Engineering, dont la régénération du solvant liquide requiert de hautes températures (au-delà de 800 °C).

Un bilan carbone très dépendant du mix énergétique

Dans tous les cas, l’intérêt du DAC dépend pour beaucoup du mix électrique du territoire où se déploie l’unité. « Il faut systématiquement de l’électricité pour véhiculer l’air (par le biais de ventilateurs), voire lors de la régénération si celle-ci se fait par dépressurisation (au moyen d’une pompe à vide) », explique Éric Favre. Un article publié dans l’International Journal of Greenhouse Gas Control en 2019 rendait compte d’une analyse de cycle de vie (incluant le stockage) du captage direct par absorption à la soude – comme chez Carbon Engineering. La quantité nette de CO2 effectivement retirée de l’atmosphère atteint 92 % du CO2 capté si l’électricité est très décarbonée, mais tombe à… 10 % si elle est majoritairement d’origine fossile. « Avec ce bilan, l’intérêt de déployer une telle unité avec un mix énergétique très carboné est discutable », juge le spécialiste.

Au total, 19 unités de captage direct dans l’air sont aujourd’hui en activité dans le monde, récoltant un total de 10 000 tonnes de CO2 par an. En considérant les projets en cours de déploiement, 2 millions de tonnes de CO2 seraient captées dans l’air à partir de 2025. Le compte n’y est donc pas. « Ce ne sont pas quelques tonnes par an qui sont ciblées par le captage direct, mais des milliers, voire des millions », confirme Patrick Morilhat chez EDF. D’après les projections de l’AIE dans son scénario Net Zero, les capacités de DAC devraient croître d’un facteur supérieur à 40 entre 2025 et 2030.

Accélérer le déploiement semble urgent. Mais en avons-nous les moyens ? « Un immense réservoir d’énergie sera nécessaire pour déployer massivement nos unités de DAC », admet Nathalie Casas, de Climeworks. Immense, c’est le mot ! Les 85 millions de tonnes de CO2 annuelles visées par l’AIE en 2030 demanderont presque 1 exajoule (EJ, soit 109 GJ). Le milliard de tonnes attendu par l’agence à partir de 2050 consommerait 6 à 10 exajoules chaque année, à savoir… autant que la consommation finale d’énergie actuelle de toute la France. Tentative de la dernière chance, la massification des technologies DAC pose avec brutalité la question des besoins futurs en énergie et de la priorisation de secteurs sur d’autres.