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L'énergie à découvert

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Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Huitième partie. Les impacts environnementaux et sanitaires

12. La valorisation du CO2

François Moisan

Texte intégral

1Selon l’Agence internationale de l’Énergie (AIE), les économies d’énergie pourraient représenter 38 % de l’effort nécessaire pour réduire les émissions de CO2 au niveau mondial d’ici à 2050 et les énergies renouvelables 17 %. Parmi les autres options technologiques envisagées figure le captage du CO2 émis en grande quantité lors de processus industriels tels que la production d’électricité, d’acier ou de ciment, pour le stocker de façon permanente dans le sous-sol, l’isolant ainsi de l’atmosphère. Mais le coût de cette opération n’est compensé par aucun bénéfice autre que celui de ne pas contribuer au réchauffement, d’où l’idée de rechercher à valoriser le CO2 capté dans les grandes installations de combustion. À l’heure actuelle, le CO2 est déjà utilisé, soit comme réactif dans l’industrie chimique, soit en tant que tel, sans transformation, dans des applications industrielles (fluides réfrigérants, solvants, gazéifiants des boissons…), ou encore dans la récupération assistée des hydrocarbures. Le CO2 utilisé industriellement est essentiellement produit par l’industrie chimique, comme coproduit de réactions émettrices de CO2 concentré (production d’ammoniac par exemple) ou est issu de stockages naturels de CO2.

2Mais il convient de resituer le volume actuel des applications dans lesquelles le CO2 est valorisé au regard du volume des émissions mondiales : l’utilisation industrielle classique de CO2 en 2008 s’élevait, au niveau mondial, à 153,5 Mt (dont 40 Mt pour la récupération assistée d’hydrocarbures), ce qui représente 0,5 % des émissions de CO2 anthropiques mondiales annuelles (30 Gt, hors secteur agricole). L’enjeu principal de la réduction des émissions de CO2 par valorisation consiste donc à trouver de nouvelles applications du CO2 en particulier grâce à des technologies de rupture qui permettraient d’ouvrir des applications à grande échelle, tout en s’assurant de leur rentabilité économique et de leur impact positif sur l’environnement.

Fig. 1 – Photo-bioréacteur pour la production de micro-algues. Source : ANR

Valorisations par transformation chimique et biologique

3À l’avenir, le CO2 pourra être utilisé de plusieurs manières. Sans transformation, le CO2 est utilisé pour ses propriétés physiques, comme solvant ou comme réfrigérant par exemple. Par réaction chimique avec un autre composant fortement réactif, le CO2 peut mener à la synthèse d’un produit chimique de base ou d’un produit à valeur énergétique. Par l’intermédiaire de la photosynthèse* au sein d’organismes biologiques, tels que les algues, le CO2 peut être utilisé pour synthétiser des produits d’intérêt (lipides et composés oxygénés) pour l’industrie pharmaceutique ou des biocarburants.

4Le potentiel de croissance des applications industrielles du CO2 en tant que tel, sans transformation, est limité et ce marché devrait continuer de représenter à terme des volumes de CO2 faibles (une dizaine de millions de tonnes par an dans le monde). En revanche la valorisation du CO2 par transformation chimique ou par transformation biologique ouvre des perspectives plus importantes.

5Les principaux produits que l’on peut envisager d’obtenir à partir du CO2 sont les intermédiaires chimiques – oléfines (éthylène, propylène), carbonates organiques, polymères (polycarbonates, polyuréthanes)… –, actuellement obtenus à partir de ressources fossiles. À cela vient s’ajouter la filière des produits à valeur énergétique, tels que les carburants produits à partir de la conversion du CO2 en méthane ou en méthanol.

6L’hydrogénation du CO2 permet d’obtenir du méthane ainsi que du méthanol ou d’autres produits utilisables comme carburants. Ces transformations nécessitent de disposer d’une source d’hydrogène qui, combinée au CO2, permet d’obtenir des composés hydrocarbonés. La molécule de CO2 étant très stable il est nécessaire de consommer une quantité importante d’énergie pour ces transformations, ce qui limite l’intérêt des applications énergétiques à la disponibilité de sources d’énergies décarbonées. On peut ainsi envisager d’utiliser de l’électricité décarbonée (nucléaire, éolien et autres énergies renouvelables) lorsqu’elle est excédentaire par rapport à la demande, pour transformer le CO2 en produits énergétiques liquides ou gazeux, l’électricité étant convertie en hydrogène par exemple par électrolyse. La valorisation du CO2 peut alors être considérée comme une voie de stockage des énergies intermittentes lorsque la production est fatale.

7La culture de micro-algues en bassins ouverts pour la production de biocarburants dispose de quelques unités pilotes dans le monde. Dans ce cas, l’apport énergétique pour la transformation du CO2 en molécules d’intérêts ou biocarburants est fourni par la photosynthèse naturelle mais l’extraction et la purification de ces produits issus des algues nécessitent une dépense énergétique. En complément des verrous technologiques et environnementaux, la rentabilité des projets reste à démontrer. Seul un projet pilote* (Israël) revendique être rentable pour la production de biocarburants avec du CO 2 capté de fumées industrielles. Dans cette perspective, la reconversion des salins dans les zones côtières à proximité de grosses industries émettrices de CO2 peut être envisagée et permettrait de maintenir les emplois de ces activités et d’en créer de nouveaux dans la valorisation de la biomasse (salins du Midi proche du bassin de Fos par exemple). On peut estimer que pour valoriser à terme 1 Gt de CO2 selon ce modèle, il faudrait 5 millions d’hectares de culture d’algues, soit 9 % de la superficie de la France métropolitaine.

8D’autres voies biologiques ont acquis de solides connaissances scientifiques depuis plusieurs années, telle que la culture de micro-algues en photobioréacteurs. Cependant, de nombreux défis sont encore à relever pour réaliser des cultures fermées à grande échelle pour produire des biocarburants ou des molécules d’intérêt.

Fig. 2 – Bassin ouvert de production de micro-algues. © The Bellona foundation

BENCHMARK DES RECHERCHES ET DÉVELOPPEMENT DANS LE MONDE
Depuis les années 1980, de nombreux travaux de recherche ont étudié les voies potentielles d’utilisation du CO2 comme matière première. Les pays les plus impliqués sont les États-Unis et le Japon, qui sont à l’initiative des projets pilotes les plus avancés (en particulier pour la production de carburants de synthèse). Les États-Unis encouragent fortement les recherches sur la valorisation du CO2 par voie chimique ou biologique.
La Chine est également très active dans la recherche de nouvelles voies catalytiques et monte des partenariats avec des laboratoires américains, notamment pour accélérer le développement de technologies utilisant du gaz de synthèse.
Ces trois grandes puissances industrielles profitent d’alliances internationales pour se positionner, dès à présent, sur ce marché émergent. En Europe et en France, plusieurs projets de recherche ont également démarré ces cinq dernières années, mais l’activité française est en retrait par rapport à d’autres pays, comme les États-Unis.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Photo-bioréacteur pour la production de micro-algues. Source : ANR
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11167/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 553k
Légende Fig. 2 – Bassin ouvert de production de micro-algues. © The Bellona foundation
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11167/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 601k

Auteur

Directeur Scientifique, ADEME, Paris.
francois.moisan@ademe.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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