Le 19 septembre 2006 : Un travail bénévole de S. M. que nous remercions vivement.

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Gaz carbonique

Capture et séquestration du CO2 : une solution qui pose beaucoup de questions

 

S. M., le 19 mars 2007

Le 20 décembre 2006, un travail bénévole de S. M..

S. M., le 31 janvier 2007

S. M., le 31 janvier 2007

A quelques semaines de la publication officielle du premier rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) sur la capture et le stockage du gaz carbonique, l'Institut français du pétrole (IFP), le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) et l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) organisent, aujourd'hui et demain, le second grand colloque international français sur ce sujet. Encore objet de moult polémiques, la capture et la séquestration apparaissent désormais comme l'une des solutions pour atténuer l'impact climatique de nos sociétés. À condition de résoudre les nombreux problèmes qui se posent encore aux chercheurs et aux industriels. État des lieux.

De quoi s'agit-il ?

La capture et la séquestration du carbone (CSC) est l'expression désignant l'ensemble des opérations permettant de séparer le CO2 des émissions anthropiques de gaz, de le transporter et de l'injecter dans le sous-sol, afin de ne pas accroitre la concentration de l'atmosphère en gaz à effet de serre. Encore expérimentale, cette solution apparait de plus en plus comme incontournable. En effet, la plupart des scenarii énergétiques annoncent une forte augmentation de la demande en énergie. Une énergie qui sera encore, du moins à l'horizon de 2020-2030, majoritairement produite (au moins 80%) par des hydrocarbures. Entre 2000 et 2050, révèle une récente étude du CLIP, les émissions mondiales de CO2 devraient atteindre 877 gigatonnes (GT), dont 483 GT "récupérables". Les pays industrialisés ayant pour ambition de limiter le réchauffement climatique, il est donc indispensable d'empêcher des volumes toujours plus importants de gaz carbonique de rejoindre l'atmosphère. D'où l'idée de le capter pour l'injecter dans des structures géologiques profondes et étanches.

Le potentiel de stockage de la planète

A priori, le sous-sol de la planète peut l argement absorber nos émissions de carbone. Pour pouvoir être stocké durant de très longues périodes, le carbone doit être séquestré à l'état liquide, voire supercritique. Ainsi, il occupe moins d'espace et surtout peut se dissoudre dans les eaux interstitielles, voire se transformer en carbonates. Pour atteindre de tels états, le gaz carbonique doit donc être injecté à grande profondeur (plus de 800 m), afin que haute pression et température élevée fassent passer le dioxyde de carbone de l'état gazeux à liquide. Sur terre, trois types de formations géologiques semblent appropriées : les aquifères salins, les gisements d'hydrocarbures et les veines de charbon. Selon les études, les chiffres ont la bougeotte. Les capacités de stockage de ces dernières oscilleraient entre 3 à 200Gt : celles des puits de pétrole et de gaz entre 560 et 1 170 Gt  enfin, les aquifères pourraient contenir entre 1 000 et 10 000Gt. Malgré de telles incertitudes, notreCO2 a largement de quoi se loger pendant le prochain demi siècle. Du moins en principe. Car, les industries émettrices de dioxyde de carbone ne se trouvent pas forcément à proximité des sites de séquestration.

Prenons le cas des structures les mieux connues des géologues : les gisements d'hydrocarbures. Le Moyen-Orient et la Russie détiennent 60%du potentiel de stockage, mais émettent, en gros, 10 % du carbone « capturable ».A contrario, les trois plus gros émetteurs de CO2, les Etats-Unis, la Chine et l'Inde ne pourraient injecter dans leurs puits que 14 % des émissions de leurs centrales électriques. Il faudra donc transporter le CO2 (avec les couts supplémentaires que cela implique) ou trouver de nouveaux exutoires.

Et pourquoi pas la mer ? Depuis toujours, l'océan est considéré comme une poubelle sans fond. Et de fait, les capacités d'absorption du carbone par le GrandBleu sont considérables, voire illimitées. Selon leGIEC, l'océan a déjà absorbé 500 Gt de CO2 anthropique depuis le début de la révolution industrielle. Rien ne semble empêcher de dissoudre du gaz carbonique dans la colonne d'eau ou de déverser du CO2 sur les grands fonds (plus de 6 000 m) pour créer des lacs d'hydrates. Certes, mais nul ne sait avec certitude quelles seraient les réactions d'un océan saturé de carbone humain. Pourra-t-il encore perpétuer le cycle naturel du carbone ? Son pH sera-t-il modifié et quelles seraient les conséquences d'un tel bouleversement ?

Bref, les tenants de la solution marine n'ont pas encore percé ce monde du silence. Jamais en mal d'imagination, les scientifiques songent aussi à transformer le gaz carbonique en une roche carbonatée, que l'on pourrait stocker à terre, voire utiliser. Le principe consiste à accélérer le processus naturel de formation des carbonates, à partir d'un fluide aqueux et de roches riches en silicate, calcium et magnésium. L'Institut de physique du globe de Paris et le BRGM étudient la possibilité de "carbonater" le CO2 en l'injectant dans des basaltes. Outre-Atlantique, des chercheurs des universités de Colombie britannique et du Québec tentent de transformer les terrils des mines d'amiante (riches en serpentine) en pièges à CO2. D'autres expériences visent à réaliser un réacteur dans lequel le gaz carbonique, chauffé, est mis en présence de serpentine ou d'olivine broyées  la réaction permettant de créer des carbonates. Hélas, pour séduisants qu'ils soient, ces procédés sont encore loin d'être industrialisables. Si l'on devait ainsi neutraliser les émissions d'une centrale au charbon de 500 MW (environ 7 200 tonnes de gaz carbonique quotidiennes), il faudrait utiliser de 11 000 à 26 000 tonnes de minerais par jour ! Et pourquoi ne pas vendre aux industriels qui ont en besoin le CO2 capturé ? Certes, les raffineurs, fabricants de boissons gazeuses, d'urée ou d'extincteurs sont de grands consommateurs de gaz carbonique. Hélas, la demande mondiale n 'excède pas 120 millions de tonnes par an. Soit autant que ce que rejette un électricien, comme l'allemand RWE.

Les techniques de capture du CO2

Pour être efficace et économique, une installation de capture de gaz carbonique doit être mise en service sur une importante source d'émission. Ces gros émetteurs sont bien connus. Selon le GIEC, il s'agit des 4 942 centrales électriques et de production de chaleur en service dans le monde (10,5 GT CO2 par an), des 1 175 cimenteries, (0,9 GT CO2 par an), des 638 raffineries (0,8 GT CO2 par an), des 269 aciéries (0,6 GT CO2 par an), des 470 usines pétrochimiques (0,4), des nombreuses unités de traitement du gaz et du brut (0,05 GT CO2 par an), des 303 usines de biocarburants ou utilisant la biomasse (0,09 GT CO2 par an). Sans oublier quelques dizaines de sources éparses (0,03 GTCO2 par an).Au total, ces 7 887 sites industriels relâchent environ 13,4 GT de dioxyde de carbone par an. Mais ces rejets ne sont pas tous égaux devant le chromatographe. Seuls les effluents gazeux de 2 % de ces installations ont une concentration en CO2 d'au moins 95 %. La plupart de rejets de ces usines crachent des fumées dont la teneur en dioxyde de carbone avoisine plutôt les 15 %. L'économie de la capture ne sera pas la même dans les deux cas.

Pour les usines existantes, l'une des technologies appelées, semble-t-il à un brillant avenir, est l'oxycombustion. L'électricien suédo-allemand Vattenfall devrait d'ailleurs la tester dans un pilote industriel. Pour faire simple, il s'agit de substituer, dans la chambre de combustion, l'air par de l'oxygène pur (à 93 ou 95 %). Cette oxycombustion permet d'augmenter la concentration en CO2 de l'effluent (jusqu'à plus de 80 %) et donc de faciliter la séparation postérieure. Problème : une centrale de 500 MWdevrait consacrer environ 15%de sa production d'énergie à la production d'oxygène. Toujours pour les installations existantes, il existe plusieurs technologies de séparation des gaz de combustion. La plus courante de ces techniques post combustion est la capture par des solvants organiques, telle la monoéthanolamine (MEA). D'autres systèmes utilisent la chaux vive, la cryogénisation, des absorbants solides ou des membranes de filtration. Les constructeurs des usines du futur pourront aussi capturer le CO2 avant la combustion. Dans ce cas, le combustible fossile est injecté dans un réacteur et mis en présence d'eau et d'oxygène. Il se forme alors un gaz de synthèse, mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone. L'hydrogène peut ensuite être utilisé pour produire de l'énergie (dans une pile à combustible par exemple) sans émettre de gaz carbonique.

Comment le transporter jusqu'au site d'injection ?

Rares seront les centrales, raffineries et autres usines sidérurgiques à avoir sous leurs fondations un sous-sol propre à accueillir d'importants volumes de gaz carbonique. D'où l'importance du transport du CO2. Compte tenu des volumes à véhiculer et des conditions du transport (sous haute pression), deux modes paraissent aujourd'hui possibles : le bateau et le gazoduc. Depuis 1989, l'entreprise norvégienne HydroGas and Chemicals (filiale de Nork Hydro) exploite quatre bateaux de transport de CO2. Ces tankers livrent à des industriels norvégiens du gaz carbonique collecté dans des raffineries. Dans la même veine, des chantiers navals travaillent à la conception de plus gros navires sur le modèle des méthaniers. À l'évidence, c'est tout de même le "carboduc" qui recueille le plus de suffrages. Tout d'abord, parce que le retour d'expérience est important. Voilà plus de trente ans que les industriels américains charrient plus de 40 Mt CO2 par an via 2500 km de canalisations terrestres. Relativement sûrs (contrairement aux bateaux le taux de fuite est presque nul), ces tubes transportent le gaz à l'état liquide ou supercritique. Ce qui nécessite des recompressions (énergivores) régulières.

Une solution économique ?

C'est évidemment la question qui taraude aujourd'hui tous les décideurs. Devant le nombre de questions encore sans réponse et la rareté des expériences de taille industrielle, les fourchettes de prix ne sont qu'estimatives. Pour une centrale électrique au charbon de 500 MW, le cout de la capture varie de 15 à 75 dollars par tonne de dioxyde de carbone (selon la technologie employée), le transport coute entre 1 et 8 dollars par tonne de CO2 et le montant du devis de la séquestration va de 0,5 à 100 dollars la tonne. Au total, la note oscille entre 16,5 et 183 dollars par tonne de gaz carbonique. Une étude de l'Ademe est moins imprécise : entre 30 à 60 euros par tonne, soit 36 à 73,8 dollars. Ce qui reste encore deux fois trop cher, au moins, pour les industriels, en général, et les électriciens en particulier. L'Agence internationale de l'énergie estime, en effet, que si les électriciens des pays de l'OCDE devaient équiper toutes leurs centrales thermiques d'un système de "décarbonisation", cela pourrait leur couter entre 350 et 440 milliards de dollars en 30 ans.

Le stockage comporte-t-il des risques ?

Officiellement, se débarrasser du CO2 dans le sous-sol ne présente pas vraiment de risque. Toutefois, même si les formations dans lesquelles se dérouleraient les injections de gaz carbonique sont stables, étanches et bien connues, un accident, géologiques ou technologiques, ne peut être exclu : séisme, rupture de canalisation, etc. Fort heureusement, le dioxyde de carbone n'est pas particulièrement dangereux. Toxique à une concentration de 5% dans l'air et mortel à 20%, le gaz carbonique n'intoxiquerait que les personnes situées à proximité immédiate du point de fuite. Tel n'est pas forcément le cas pour les projets d'injections dans la mer ou sur le fond de l'océan. Une dissolution de trop grands volumes de gaz carbonique pourrait modifier le pH de l'eau. Ce qui ne serait pas sans effet sur la faune et la flore marine. Localement, la création de vastes lacs de CO2 tuerait probablement toute faune vivant sur les fonds. Enfin, trop carbonée, la mer pourrait ne plus jouer son rôle essentiel dans le cycle naturel du carbone.

Peut-on légalement stocker sous terre du dioxyde de carbone ?

De l'avis de nombreux juristes, le transport du CO2, notamment en gazoduc, ne semble pas nécessiter d'adaptation réglementaire. Ce qui n'est pas le cas de l'injection. Le droit international (Convention de Londres, Convention Ospar) interdit de se débarrasser de déchets dans la mer. Mais le gaz carbonique est-il, juridiquement, un déchet ? Nul ne le sait encore. Pour tenter d'y voir plus clair, une commission dépendant du secrétariat de la Convention de Londres travaille à la question. Sur terre, les choses ne sont pas plus simples, d'autant que les législations sont spécifiques à chaque pays. « En France, souligne Michèle Pappalardo, présidente directrice-générale de l'Ademe, il y a encore beaucoup à faire. L'injection de CO2 dans le sous-sol pourrait concerner le code minier, la loi sur l'eau, la loi sur les déchets, la loi sur les installations classées. »
Pour commencer.

Valéry Laramée de Tannenberg

JEUDI 15 SEPTEMBRE 2005 ENERPRESSE N° 8908.

Source : http://www.rac-f.org/article.php3?id_article=763

 

S. M.

S. M., le 23 janvier 2007

Bonobo : Qu'est-ce que c'est que ce binz?Anne Esperet

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