Procédés de valorisation du CO2 : Passer des réductions d’émissions aux émissions négatives

La fonte des glaciers, la déforestation, l’élévation du niveau de la mer et le réchauffement global des températures sont des indications du changement climatique, provoqué par la libération de gaz dits « à effet de serre » dans l’atmosphère. Parmi ceux-ci le dioxyde de carbone (CO2) en étant de loin le principal contributeur. La capture, le stockage et la valorisation du dioxyde de carbone représentent ainsi des éléments essentiels, visant chacun à atténuer le réchauffement climatique. Les ambitions actuelles sur le sujet ont donc ouvert la porte au développement de nombreuses technologies, réponses aux différentes problématiques listés ci-dessus ; d’abord de manière individuelle, puis en les combinant. Contrairement aux idées reçues, réussir à capturer le carbone actuellement présent dans l’atmosphère n’est pas le moyen le plus efficace (ni le moins cher) de lutter contre le changement climatique. La priorité reste donc encore la réduction globale des émissions de CO2. C’est ainsi par le biais de sa valorisation que nous parviendrons à obtenir des émissions négatives.

Dans cet article, nous décrivons les différentes approches généralement considérées pour la valorisation du CO2 : la valorisation sans transformation, avec transformation chimique et avec transformation biologique. Les secteurs majeurs d’application sont respectivement la chimie, l’énergie ou le secteur alimentaire.

1.      La valorisation sans transformation

Il s’agit de la voie de valorisation la plus répandue par les industries, et notamment le secteur pétrolier. D’une part, le CO2 est utilisé pour ses propriétés physiques. A l’état supercritique, le CO2 est injecté dans des puits de pétrole ou de gaz afin d’améliorer leur extraction. Nous parlons ici de la Récupération Assistée des Hydrocarbures (RAH ; en anglais, Enhanced Oil Recovery EOR). D’autre part, au cours des dernières années, le CO2 a été exploité dans diverses industries pour ses propriétés physiques (à l’état supercritique) ou chimiques. Ex : les boissons gazéifiées, l’industrie agro-alimentaire, les liquides réfrigérants, la mousse, la neige carbonique des extincteurs, etc. Il a également été constaté que le CO2 supercritique est de plus en plus utilisé comme solvant pour les réactions, la séparation, la synthèse des nanoparticules ou des composites, et la modification des polymères.

2 .      La valorisation avec transformation chimique

Le CO2 est considéré comme étant une source importante de carbone pour la production de produits chimiques. Plusieurs filières de valorisation sont présentes ou envisageables. Elles possèdent chacune leurs conditions opératoires et permettent d’obtenir des produits destinés aux secteurs de la chimie ou de l’énergie (pour la production de carburant). Nous y retrouvons par exemple :

• La synthèse organique, où le CO2 est valorisé pour la production d’urée, composé organique utilisé commercialement en tant qu’engrais, ou d’acide salicylique.
• L’hydrogénation, pour la production de produits à valeur énergétique, notamment le méthanol et l’acide formique.

• La minéralisation (ou carbonatation), pour durcir le béton à l’aide de CO2.
• La méthanation, pour créer du méthane (gaz naturel) en combinant le CO2 à l’hydrogène.
• Le reformage sec pour produire le gaz de synthèse qui représente un intermédiaire nécessaire pour la production de carburant liquide.

• L’électrolyse (ou l’électrocatalyse).
• La photo-électrocatalyse.
• La thermochimie.

3.      La valorisation avec transformation biologique.

Nous parlons ici de la culture de microalgues et de la biocatalyse. D’une part, les microalgues constituent des micro-organismes photosynthétiques, c’est-à-dire qu’ils ont besoin d’énergie lumineuse pour se développer en consommant du dioxyde de carbone et en rejetant de l’oxygène. Grâce à leur activité photosynthétique, les microalgues sont utilisées dans le but de capturer et valoriser le CO2. La biomasse générée par ce processus présente un grand intérêt pour les industries agro-alimentaires et pharmaceutiques, elle permet également de produire du biocarburant. D’autre part, en biocatalyse, le CO2 est transformé en d’autres formes réduites de carbone. Ceci sert à produire des molécules organiques (lipides et composés oxygénés) utilisées dans l’industrie pharmaceutiques, dans la production d’hydrogène et, à l’avenir, de biocarburants.

4.  Aspect financier, réglementaire et social des procédés de valorisation du CO2.

Outre la faisabilité technique, il subsiste d’importants obstacles à la mise en œuvre, notamment sur le plan financier, politique et social. La plupart des études ont été réalisées dans le contexte du captage de CO2 et de son stockage (CCS : Carbon Capture and Storage), et donc la majorité d’entre elles se concentrent sur la capture du CO2 (principalement) et son transport. Cependant, il n’existe aucune étude permettant d’estimer les coûts liés à l’utilisation du carbone, en raison soit du réaménagement ou de la modification d’une usine existante afin de recevoir du CO2 recyclé, soit de l’installation d’une nouvelle usine.

De plus, l’évaluation des impacts environnementaux et sociaux du captage de CO2 et de son utilisation a été négligée. Ainsi, afin d’entamer une démarche de développement d’une chaîne de valeur CCU (Carbon Capture and Utilization) – en passant par l’identification et l’évaluation des opportunités à la suppression des barrières et à la commercialisation – il convient d’adopter une vision holistique du système qui permettra d’examiner les performances de toutes les parties prenantes impliquées, et de toutes les composantes de la durabilité.

5.  Aspect financier, réglementaire et social des procédés de valorisation du CO2.

Les contraintes réglementaires et environnementales actuelles incitent les entreprises à tendre vers l’empreinte carbone la plus faible possible. Ainsi, valoriser le carbone produit en l’utilisant comme matière première pour la fabrication de produits chimiques, de carburants ou de matériaux (tel que le béton) offre de nouvelles opportunités fortes pour les entreprises, mais amène également son lot de contraintes scientifiques et techniques.

DEKKHA Consulting est un cabinet de conseil en stratégie opérationnelle possédant une expertise forte et reconnue sur les sujets de Transition Energétique et en particulier autour de la mise en place de processus et d’une organisation dédiée à la valorisation du CO2. Nous intervenons de la stratégie ‘amont’ à la mise en œuvre opérationnelle, en nous appuyant sur des compétences sectorielles, méthodologiques, réglementaires & technologiques permettant d’aider les organisations à faire des problématiques liées à leur empreinte carbone une réelle opportunité, créatrice de valeur.

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