Le captage du carbone peut-il créer un monde exempt de CO2 ?

Pouvons-nous limiter le réchauffement climatique à 1,5 degré ? Parmi les émetteurs de dioxyde de carbone (CO2), l’humanité est sans rival. Étonnamment, plus de la moitié du CO2 libéré au cours des 300 dernières années a été émis depuis 1980^[1]. Heureusement, nous nous efforçons également de l’éliminer. C’est tout aussi bien, parce qu’il faudra des décennies pour décarboner en réduisant uniquement les émissions.

Le captage et le stockage du carbone pourraient-ils être représenter une solution à court terme ?

Qu’est-ce que le captage et le stockage du carbone ?

Le captage et le stockage du carbone (« Carbon Capture and Storage », CCS) capture le CO2 émis par les processus industriels et la production d’électricité. Le CO2 est comprimé, transporté et stocké dans des formations rocheuses souterraines. Le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (« Carbon Capture, Utilization, and Storage », CCUS) convertit le CO2 en produits commercialement viables.

Selon un rapport de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), « le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS) est le seul groupe de technologies qui contribue à la fois à la réduction directe des émissions dans les secteurs clés ainsi qu’à l’élimination du CO2 pour équilibrer les émissions difficiles à éviter, soit une partie essentielle des objectifs visant un bilan de carbone neutre. »

Le captage du carbone est une technologie éprouvée qui fonctionne depuis près de 50 ans.

Mais elle est terriblement sous-utilisée.

Selon le rapport 2019 du Global CCS Institute, il n’y avait que 51 installations de CCS à l’échelle mondiale, dont seules 19 étaient en fonctionnement. La majorité se trouve aux États-Unis et au Canada, et le reste en Europe et en Asie. Il n’existe que deux centrales électriques équipées de CCUS, toutes deux situées en Amérique du Nord. 

Utilisations commerciales pour le CO2

La plupart des projets CCUS vendent du CO2 aux compagnies pétrolières pour la récupération améliorée du pétrole (« Enhanced Oil Recovery », EOR). Le CO2 peut également être utilisé pour produire des combustibles synthétiques, des produits chimiques, des matériaux de construction, des produits pharmaceutiques, dans le traitement de l’eau et, bien sûr, des boissons gazeuses. Les marchés nouveaux ou en croissance pourraient inclure l’utilisation de CO2 comme matière première ou comme fluide de travail dans certains processus (y compris dans la production d’électricité), la conversion en polymères ou carbonates, le durcissement du béton et la carbonation minérale.

Se concentrer sur les plus gros émetteurs

Comme argumenté dans l’article Spotlight sur la décarbonisation par le vice-président adjoint et vice-président d’Abdul Latif Jameel, Fady Jameel, la captation du carbone est essentielle pour atteindre zéro émission nette, et l’un des moyens les moins chers de l’atteindre aux prix actuels des matières premières. L’AIE estime que le CCUS est l’un des quatre piliers clés de la transition énergétique mondiale, avec l’électricité renouvelable, la bioénergie et l’hydrogène^[2].

Les quatre utilisations principales pour le captage du carbone sont :

1. Industrie lourde décarbonisée :

L’industrie lourde représente plus de 20 % des émissions mondiales de CO2 ^[3], un sujet exploré plus en détail dans notre article Perspectives sur la décarbonisation de l’industrie. Malheureusement, il est souvent techniquement difficile ou trop coûteux de réduire les émissions de carbone dans la fabrication de produits comme l’acier, les produits chimiques et le ciment. Ces processus reposent sur la chaleur intense, et l’électricité renouvelable ne peut pas encore rivaliser avec les combustibles fossiles^[4]. En matière d’alternatives, le captage du carbone est essentiel. Le CCUS est également la seule solution pour le traitement du gaz naturel, qui contient de grandes quantités de CO2 qui doivent être éliminées avant utilisation.

2. Réaménagement des installations existantes :

Sans modifications, les centrales électriques et les centrales industrielles d’aujourd’hui pourraient générer près de deux décennies de CO2 (600 Gt CO2) pendant leur durée de vie restante. Les centrales au charbon, en particulier, représentaient près d’un tiers des émissions mondiales de CO2 en 2019 et jusqu’à 60 % pourraient encore être exploitées en 2050.^[5] L’acier ne fait pas beaucoup mieux. Le CCUS est le seul moyen pour ces usines de maintenir leur production actuelle et de protéger les économies locales, tout en réduisant considérablement les émissions.

3. Création d’un carburant à hydrogène à faible teneur en carbone :

Le CCUS fournit un moyen rentable de produire de l’hydrogène, un gaz propre qui peut remplacer les combustibles fossiles dans les secteurs de l’énergie, des transports, de l’industrie et de l’environnement bâti. La densité énergétique de l’hydrogène en fait une alternative viable aux combustibles fossiles dans l’aviation. (La seule autre option est la biomasse durable, mais les réserves ne sont pas si importantes.)

4. Extraire le carbone de l’air :

Il est difficile de capter le carbone émis par certains processus. Heureusement, le CO2 peut être extrait de l’air, soit en le piégeant dans une biomasse durable, soit en utilisant le captage et le stockage directs de l’air. Ce sont des options de plus en plus populaires pour les entreprises cherchant à compenser les émissions historiques. Shopify, la plus grande société du Canada, a récemment annoncé qu’elle allait capturer 10 000 tonnes métriques de CO2^[6].

Moins cher, mais pas assez bon marché ?

Comme l’indique l’AIE, la réduction des émissions sera extrêmement coûteuse en l’absence de captage de carbone. Dans un rapport sur le coût du captage du carbone, elle indique :

« Limiter la disponibilité du CCUS augmenterait considérablement le coût et la complexité de la transition énergétique, en augmentant la dépendance vis-à-vis de technologies actuellement plus chères et à des stades précoces de développement. L’un de ces exemples est l’électrification de fours thermiques à très haute température utilisés pour la production de ciment et la fabrication d’acier vierge.[7]

Cependant, le CCUS n’est pas bon marché. Un investissement initial important est nécessaire pour mettre à niveau ou moderniser les installations et établir l’infrastructure de transport et de stockage nécessaire. Les installations surdimensionnées offrent les meilleures économies d’échelle, mais sont plus chères à lancer ; il peut être difficile d’obtenir un financement et de partager le risque commercial entre les projets (et tout ce qui érode les marges est un problème pour les matières premières à prix élevé comme l’acier).

Le captage du carbone est souvent considéré comme un moyen de légitimer les combustibles fossiles, ce qui, associé à la chute spectaculaire des prix de l’énergie éolienne et solaire, peut rendre la technologie moins attrayante pour l’industrie et le public. Ensuite, il faut dépasser le dilemme de l’œuf et de la poule : capter le CO2 ne sert à rien s’il l’on ne dispose pas d’un moyen de le stocker. Et investir dans le stockage ne sert à rien sans un approvisionnement en CO2. Pire encore, la COVID-19 et la récession économique qui en découle ont affecté les investissements et réduit la demande de CO2 dans la récupération améliorée du pétrole, actuellement la plus grande source de revenus pour le CCUS.

Tous ces défis sont aggravés par la nécessité d’agir rapidement pour atteindre les objectifs de réduction des émissions. Donc, une augmentation massive du captage du carbone est-elle faisable ?

Le gouvernement à la rescousse

Certains défis ne peuvent pas être surmontés par les seuls marchés. Le CCUS n’a jamais dépassé 0,5 % de l’investissement mondial dans les technologies liées à l’énergie propre et efficace^[8]. L’action urgente du gouvernement est essentielle pour soutenir le marché du captage du carbone et augmenter considérablement le nombre d’installations. Il n’existe pas de solution universelle, mais les gouvernements peuvent s’appuyer sur une combinaison de mesures pour soutenir l’innovation et accélérer les opérations de captage du carbone, y compris les subventions, les crédits d’impôt, la tarification du carbone, les subventions, la réglementation et l’approvisionnement public de produits à faible teneur en carbone depuis les usines CCUS.

Nous voyons des progrès. En particulier, l’adoption croissante d’objectifs de zéro émission nette contribue à renforcer l’argument en faveur du captage du carbone. En août 2020, 14 pays et l’UE avaient adopté ou proposé des objectifs de zéro émission, et 100 autres pays se préparaient à faire de même^[9]. Diverses mesures d’incitation rendent également le captage du carbone plus viable financièrement. Aux États-Unis, le crédit d’impôt 45Q étendu (lancé en 2018) offre des incitations attrayantes pour le CO2 stocké ou utilisé pour l’EOR^[10]. Le Fonds d’innovation de l’UE met des milliards d’euros à disposition pour soutenir le CCUS et d’autres projets d’énergie propre à partir de 2020.^[11]

Selon l’AIE, les gouvernements et l’industrie ont engagé plus de 4,5 milliards USD en CCUS en 2020, malgré la pandémie de COVID-19.^[12] 30 installations de CCUS ont été annoncées depuis 2017, d’une valeur d’environ 27 milliards USD. La plupart se trouvent aux États-Unis et en Europe, mais d’autres se trouvent en Australie, en Chine, en Corée, au Moyen-Orient et en Nouvelle-Zélande. Selon l’AIE, si tous ces projets se poursuivaient, la capacité de capture mondiale de CO2 serait plus que triplée, pour atteindre environ 130 Mt par an^[13].

Innovation et investissement

En plus du soutien du gouvernement, les investissements privés et la R&D contribuent à faire du captage du carbone une proposition commercialement plus attrayante :

Chute des coûts : Il n’y a que deux centrales à charbon commerciales avec captage du carbone, mais la différence entre elles met en évidence le potentiel d’innovation économique. Le captage du carbone est 30 % moins onéreux dans l’usine Petra Nova de Houston, commandée en 2017, par rapport à l’installation Boundary Dam du Canada, en service depuis 2014. Cependant, à 65 USD/t, c’est toujours relativement cher par rapport à ce qui est désormais possible. Selon le Centre international de connaissances CCS, la modernisation d’une centrale électrique au charbon aujourd’hui pourrait coûter environ 45 USD/t. Plus il y en a, plus cela est susceptible d’augmenter. Jusqu’à 10 centrales au charbon doivent être modernisées en Chine, en Corée et aux États-Unis.

Plus d’investissements et d’incitations : Selon l’AIE, le « financement privé mondial pour les start-up utilisant du CO2 a atteint près de 1 milliard USD au cours de la dernière décennie ». Des concurrents comme le NRG COSIA Carbon XPrize encouragent les technologies innovantes de conversion du CO2 et les applications utilisant du CO2.

Plus de recherche sur la technologie de capture directe de l’air (« Direct Air Capture », DAC) : Plusieurs installations DAC à petite échelle sont actuellement en cours d’exploitation et d’autres le seront bientôt. Les principaux développeurs ont levé environ 180 millions USD de capital privé et plus de 170 millions USD de financement public pour la recherche et le développement dans la technologie DAC. La société suisse Climeworks agrandit actuellement son usine de captage direct de l’air avec stockage du carbone (« Direct Air Capture with Carbon Storage », DACCS) en Islande, qui va capter des milliers de tonnes de CO2 par an dans le cadre du projet CarbFix2^[14].

Au Texas, Carbon Engineering s’est associé à Occidental Petroleum pour construire une usine CCUS qui captera environ un million de tonnes de CO2 par an et l’utilisera pour la récupération améliorée du pétrole.^[15]

Plus c’est grand, mieux c’est

Pour que le captage du carbone ait un sens commercial et s’accélère rapidement, il a besoin d’une infrastructure partagée étendue. Environ 12 pôles CCUS sont actuellement en cours de développement en Australie, en Europe et aux États-Unis, dont beaucoup sont associés à une production d’hydrogène faible.

Les hubs CCUS réduisent les risques commerciaux et financiers grâce au partage des coûts de captage, de transport et de stockage sur l’ensemble de la chaîne CCUS. Ils sont délibérément surdimensionnés, ce qui les rend onéreux au départ, mais moins chers à long terme. Les hubs rendent plus réalisable le captage de CO2 sur des sites plus petits qui n’auraient pas autrement de capacités de transport et de stockage dédiées. Elles protègent également les emplois, l’infrastructure existante et les chaînes d’approvisionnement.

Trois grands projets démontrent la valeur potentielle du captage du carbone à grande échelle :

Le projet Northern Lights de Norvège est une coentreprise entre Shell, Total et Equinor. Le projet capturera le CO2 industriel provenant de plusieurs sites et le transportera vers un terminal terrestre sur la côte norvégienne, où il sera transporté par pipeline vers un stockage offshore sous la mer du Nord^[16]. Northern Lights fait partie de l’initiative « Longship », dans laquelle le gouvernement norvégien a engagé 16,8 milliards de couronnes (1,8 milliard USD).^[17]

Le projet Zero Carbon Humber du Royaume-Uni utilise un aquifère salin appelé Endurance, à 1,6 km sous le fond marin de la mer du Nord, qui est capable de stocker de grandes quantités de CO2^[18]. La proposition financée par les secteurs public et privé, qui comprend National Grid, Drax et Equinor, s’élève à environ 75 millions GBP et accélérera la décarbonation dans la région industrielle la plus intensive en carbone du Royaume-Uni : l’estuaire de Humber. Selon National Grid, la production d’électricité du Royaume-Uni pourrait devenir négative en carbone d’ici 2033 si elle associe le captage du carbone à davantage d’énergie renouvelable.

« La région de Humber offre un potentiel inégalé pour protéger et développer des emplois et décarboner le plus grand cœur industriel du Royaume-Uni. La clé pour libérer ce potentiel sera de fournir l’infrastructure de transport et de stockage qui incitera les émetteurs industriels à adopter la technologie de captage du carbone », déclare Jon Butterworth, directeur général de National Grid Ventures.

L’Alberta Carbon Trunk Line (ACTL) du Canada est le pipeline de CO2le plus grand du monde. L’ACTL peut transporter jusqu’à 14,6 millions de tonnes de CO2 par an, ce qui représente environ 20 % de toutes les émissions actuelles de sables bitumineux ou encore l’impact du captage du CO2 de plus de 3 millions de voitures en Alberta. Près de 90 % de la capacité du pipeline de 240 km est conçue pour de futures sources de CO2.^[19]

Le captage du carbone est essentiel, mais seulement si nous agissons maintenant

Le captage du carbone seul ne résoudra pas le réchauffement climatique. Cela nécessitera un effort mondial concerté pour réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre par des mesures telles que l’expansion de l’énergie renouvelable, la décarbonisation de l’industrie et de l’énergie, le lancement de nouveaux systèmes de mobilité, la refonte de la sécurité alimentaire, le renforcement des systèmes d’approvisionnement en eau et la restructuration de nos villes. Néanmoins, il est difficile d’imaginer répondre aux objectifs zéro carbone sans les applications de grande envergure et le potentiel de modernisation de la CCU, en particulier pour les émissions difficiles à réduire.

Cela requiert la collaboration, la coordination et des partenariats aux plus hauts niveaux de l’industrie, du commerce, du gouvernement et de la communauté, pour effectuer une transformation à long terme.

Abdul Latif Jameel s’engage à relever les défis d’avenir, notamment grâce à nos projets pionniers dans le domaine de l’énergie solaire et éolienne par le biais de Fotowatio Renewable Ventures (FRV), notre activité emblématique en matière d’énergie renouvelable, et de notre travail en forte croissance pour traiter les questions de la disponibilité de l’eau, par le biais d’Almar Water Solutions. Nous travaillons également avec d’autres entreprises internationales privées de premier plan dans le cadre du Syndicat des opportunités propres, renouvelables et environnementales (Clean, Renewable and Environmental Opportunities Syndicate) pour aider à orienter les investissements des entreprises et des gouvernements vers des solutions visant à combattre le changement climatique.

Le captage du carbone peut ne pas être la réponse à long terme. Mais il pourrait faire partie de la solution à court terme permettant de décarboner l’industrie et de tenir les objectifs de réchauffement climatique de l’Accord de Paris. Si les incitations gouvernementales et les investissements privés permettent au captage du carbone de se développer au cours de la prochaine décennie, la technologie pourrait s’avérer essentielle à la transition vers l’énergie verte.

[1] https://climate.nasa.gov/news/2915/the-atmosphere-getting-a-handle-on-carbon-dioxide/

[2] https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020

[3] https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions

[4] How industry can move toward a low-carbon future, McKinsey, juillet 2018

[5] https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions/a-new-era-for-ccus#growing-ccus-momentum

[6] https://www.scientificamerican.com/article/direct-air-capture-of-CO₂-is-suddenly-a-carbon-offset-option/

[7] The Role of CO2 Storage – Analysis – IEA

[8] https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions/a-new-era-for-ccus

[9] https://news.un.org/en/story/2020/12/1078612

[10] https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2020/04/45Q_Brief_in_template_LLB.pdf

[11] https://ec.europa.eu/clima/policies/innovation-fund_en

[12] https://www.iea.org/commentaries/is-carbon-capture-too-expensive

[13] https://www.iea.org/fuels-and-technologies/carbon-capture-utilisation-and-storage

[14] https://www.carbfix.com/

[15] https://www.american.edu/sis/centers/carbon-removal/fact-sheet-direct-air-capture.cfm

[16] https://www.equinor.com/en/what-we-do/northern-lights.html

[17] https://www.nsenergybusiness.com/news/norwegian-longship-project/

[18] https://www.zerocarbonhumber.co.uk/

[19] https://actl.ca/