De multiples tuyaux serpentent à l’intérieur d’une petite tour jaune éventrée. Haute d’une vingtaine de mètres, cette mini usine à gaz est reliée à une grosse canalisation en fer oxydé. Au loin, les longues cheminées rouges et blanches de la cokerie s’élèvent çà et là, aux côtés de panaches de vapeur d’eau blanches, d’immenses hauts fourneaux couleur rouille, et de wagons chargés de brames d’acier. C’est au cœur du site ArcelorMittal de Dunkerque que le pilote « 3D » de captage de CO2, mettant en œuvre un solvant innovant, a été inauguré lundi 21 mars.
Ce démonstrateur d’une capacité de captage de 4 000 tonnes de CO2 par an constitue une étape clef du « projet 3D » lancé en mai 2019 et piloté par un consortium réunissant notamment ArcelorMittal, l’Ifpen, Axens et TotalEnergies. « C’est la dernière étape avant le déploiement à l’échelle industrielle, à savoir des unités qui devront capter un million de tonnes de CO2 par an », s’enchante Vania Santos-Moreau, ingénieure et cheffe de projet IFPEN. Le pilote industriel, dont la construction est supervisée par Axens (filiale de l'Ifpen), devrait officiellement démarrer en mai prochain pour une durée de 12 à 18 mois.
Vérifier la réduction du coût énergétique
La démonstration a pour objectif de vérifier les performances du procédé DMX, développé dans les laboratoires de l’Ifpen depuis plus de 10 ans. Et en particulier sa consommation énergétique, juge de paix des technologies de captage. Pour DMX, elle est estimée entre 2,3 et 2,9 gigajoules (GJ) par tonne de CO2 capté (hors transport et stockage). « On gagne près d’un gigajoule par rapport au procédé classique aux amines de première génération, qui tourne plutôt autour de 3,2 GJ par tonne de CO2 capté », avance Mme Santos-Moreau.
Cachée derrière une demi-douzaine de tuyaux, une colonne en inox de 45 centimètres de diamètre. « À l’intérieur de cet équipement, il y a un garnissage structuré qui permet la mise en contact du gaz et du solvant », explique Vania Santos-Moreau, en agitant un objet cylindrique composé d’un empilement de feuilles métalliques et poreuses, finement ondulées (le fameux garnissage). « Dans notre pilote, il y a deux colonnes d’absorption (le second est cachée juste derrière). Mais c’est pour faciliter les prises d’échantillon ! Une seule colonne d’absorption d’une trentaine de mètres de haut équipera les unités à l’échelle industrielle », précise la spécialiste.
Un solvant démixant
C’est dans cette colonne d’absorption – première étape du procédé de captage par absorption chimique – que le solvant absorbe les molécules de CO2 des fumées sidérurgiques, composées de CO2 (à hauteur de 20%), de CO et de N2. « Nous avons fait un piquage au niveau de la canalisation, juste derrière, qui transporte le gaz sidérurgique. Le gaz à traiter est ainsi envoyé en bas de la colonne et remonte progressivement, tandis que le solvant ruisselle depuis le haut de la colonne », détaille Vania Santos-Moreau.
C’est précisément le solvant utilisé – ingrédient clef du captage par absorption chimique – qui explique la meilleure efficacité énergétique du procédé DMX par rapport à la technologie classique, qui se base sur un solvant monoethanolamine (MEA), de la famille des amines. « C’est le cœur de l’innovation du procédé DMX, confirme Florence Delprat-Jannaud, responsable du programme Captage & Stockage du CO2 à l’Ifpen. Sa composition – beaucoup d'eau et toujours des amines [dérivé de l'ammoniac, ndlr] – ainsi que les conditions de pression et de température en sont les ingrédients secrets », complète-t-elle.
À l’arrière de la singulière tour, un gros pavé en inox est accessible par un petit escalier. « C’est un décanteur. Cet équipement est spécifique à notre procédé DMX, requis pour notre solvant démixant », explique Florence Delprat-Jannaud. Car l’atout majeur du solvant développé par l’Ifpen, c’est qu’il décante en deux phases, et seule la phase riche en CO2 est envoyée à l’étape du procédé la plus gourmande en énergie : la régénération.
Contrôler la vitesse de dégradation du solvant
Au premier étage de la tour, sur la gauche de la colonne d’absorption, une étiquette « Vapeur de rebouilleur » est collée sur une petite cuve cylindrique. Juste derrière, se trouve un équipement de 35 centimètres de diamètre : la fameuse colonne de régénération. « Cette vapeur permet de chauffer la colonne de régénération entre 120 et 130°C, pour libérer les molécules de CO2 de la phase riche en CO2 de notre solvant », explique Mme Delprat-Jannaud. « Contrairement au procédé classique, nous n’avons plus besoin de régénérer tout le solvant », complète Vania Santos-Moreau.
Le CO2 sera alors récupéré, avant d’être compressé, transporté, puis injecté dans des aquifères salins qui se trouvent en mer du Nord, pour un stockage permanent. « Comme il s’agit d’un démonstrateur, le gaz traité sera ici renvoyé dans la canalisation initiale et le CO2 est relaché dans l'atmosphère », précise Florence Delprat-Jannaud. Quant au solvant, désormais déchargé des molécules de CO2, il est renvoyé vers la colonne d’absorption pour un nouveau cycle de « lavage » des fumées industrielles.
Le pilote vise également à vérifier la vitesse de dégradation du solvant DMX. À côté de l’efficacité énergétique, il s’agit du gros point noir de la technologie par absorption chimique basée sur les MEA : en se détériorant, les amines émettent des effluents nocifs pour la santé humaine et génèrent des déchets dangereux pour l’environnement. « Notre solvant se dégrade beaucoup moins que les MEA, mais nous ne communiquons pas encore nos ordres de grandeur », avance Mme Delprat-Jannaud.
