Produits chimiques de décarbonisation : notre devoir élémentaire

Les produits chimiques imprègnent tous les aspects de notre vie, depuis les vêtements que nous portons et les aliments que nous mangeons jusqu’aux combustibles que nous utilisons pour chauffer nos maisons et alimenter nos industries. Dans le monde moderne, les produits chimiques sont aussi essentiels à notre existence que l’air et l’eau.

Pourtant, notre relation avec les produits chimiques est assez complexe.

Notre dépendance ou, diraient certains, notre addiction, à l’égard des produits chimiques a un prix. Aussi exigeants qu’efficaces, ils constituent un élément clé des dommages que nous causons à notre précieux environnement.

Il est impossible de rompre notre relation avec les produits chimiques sans modifier l’ensemble de notre mode de vie.

L’industrie chimique est chargée de transformer les matières premières naturelles, comme les combustibles fossiles, les minéraux, les métaux et l’eau en toute une série de produits de consommation et de produits industriels. La vie sans produits chimiques manufacturés serait en effet bien différente : pas de produits chimiques agricoles pour les engrais et les pesticides, pas de produits pharmaceutiques, pas de produits pétrochimiques pour les plastiques et les produits synthétiques, pas de résines, de produits d’étanchéité ou d’adhésifs pour l’industrie, pas de composés inorganiques du tout, en fait, qui n’existent pas à l’état naturel dans l’écorce terrestre.

Nous pourrions vivre, mais ce serait une existence aseptisée, dans une société perpétuellement bloquée sur la première vitesse.

Quelle est donc la taille exacte de l’industrie chimique et quelle est l’ampleur de son empreinte toxique ?

Le PIB mondial en pleine effervescence

Nos modes de vie et nos comportements d’achat témoignent d’un soutien généralisé à l’industrie chimique. Sur le plan commercial, elle est en plein essor. Le secteur a généré des revenus supérieurs à 5 700 milliards de dollars en 2022, en forte hausse par rapport aux 5 100 milliards de dollars de 2021 et aux 3 900 milliards de dollars de l’année précédente, lorsque la croissance avait stagné en raison de la pandémie de COVID-19. Une croissance d’environ 1,8 % est attendue en 2024.[1]

Forte d’une base industrielle massive et croissante, la Chine domine le secteur à l’échelle mondiale. Elle représentait 43 % des recettes mondiales de l’industrie chimique en 2021, suivie par l’Union européenne avec 14,7 % et les États-Unis avec 10,9 %.[2]

Les plus grandes entreprises en termes de chiffre d’affaires de l’exercice démontrent la portée internationale du secteur : BASF SE (Allemagne, 93 millions USD), Dow Inc (États-Unis, 55 millions USD), Saudi Basic Industries Corp (Arabie saoudite, 47 millions USD), LyondellBasell Industries NV (Royaume-Uni, 46 millions USD) et Mitsubishi Chemical Group Corp (Japon, 35 millions USD).[3]

Nous fabriquons des produits chimiques à une échelle que l’esprit humain peine à concevoir. Chaque année, plus de 250 milliards de tonnes de produits chimiques quittent nos laboratoires et nos usines pour satisfaire la demande mondiale. En outre, l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) estime qu’entre 2000 et 2050, la production mondiale de produits chimiques synthétiques sera multipliée par six.^[4]

Si nos produits chimiques primaires les plus courants (éthylène, propylène, benzène, toluène, xylènes mélangés, ammoniac et méthanol) semblent effrayants, c’est probablement qu’ils le sont. Des études suggèrent qu’il existe aujourd’hui quelque 700 produits chimiques indésirables dans le corps humain moyen. Plus de 400 d’entre eux sont liés à des cancers, tandis que d’autres sont responsables de troubles du système nerveux ou de la reproduction.

Cependant, avec le réchauffement climatique et les extinctions massives d’espèces en cours, c’est l’effet cumulatif des produits chimiques sur notre environnement précaire qui suscite le plus d’interrogations.

Après tout, si le secteur Chimie était un pays, il serait le cinquième plus grand émetteur de carbone au monde.[5]

Le coût de la dépendance chimique

Aucun plan cohérent de lutte contre le changement climatique ne peut ignorer le commerce des produits chimiques. En 2021, l’industrie chimique mondiale représentait environ 2 % des émissions totales de carbone, soit quelque 925 millions de tonnes de CO₂.[6]

Si les approches fondées sur les consommateurs pour décarboniser le secteur des produits chimiques sont importantes, elles restent improductives à l’échelle individuelle. Seuls 10 % des plastiques sont recyclés chaque année, par exemple ; une goutte d’eau dans l’océan, qui est malheureusement l’endroit où une grande partie de nos plastiques usagés finissent par flotter.

Pour atteindre l’objectif fixé par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) d’une émission nette nulle d’ici à 2050, il faudra une vision beaucoup plus large, des émissions de CO₂ de l’industrie chimique au cours des phases de production, d’utilisation et d’élimination.

L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que les émissions du secteur Chimie doivent diminuer de 15 % d’ici à 2030 afin de maintenir l’objectif de zéro émission nette tout en répondant à la demande croissante de produits. C’est un défi qui nécessitera une innovation sans précédent de la part des secteurs public et privé.

Le secteur Chimie n’est « que » le troisième plus grand émetteur industriel de CO₂, alors qu’il est le premier consommateur d’énergie. Pourquoi une telle disparité ? Parce qu’environ la moitié de l’apport énergétique du secteur est utilisée directement comme matière de base pour les produits (ce que l’on appelle les « matières premières ») et non comme source d’énergie pour la transformation.[7]

Alors que la production de produits chimiques doit augmenter pour répondre à la demande future, les prévisions suggèrent que l’énergie de transformation ne devrait pas augmenter de façon proportionnelle. Au contraire, l’énergie de transformation pourrait se stabiliser d’ici la fin de la décennie à environ 9 exajoules (EJ) par an, le charbon étant partiellement supplanté par des contributions plus importantes de l’électricité et de la bioénergie.

En revanche, il est plus difficile de décarboniser les matières premières, car le pétrole et le gaz sont des sources directes d’hydrogène et de carbone, les ingrédients de base des produits chimiques courants tels que l’ammoniac, l’éthylène et le propylène.

Compte tenu de notre dépendance mondiale à l’égard des produits chimiques, comment nos innovateurs et nos décideurs politiques peuvent-ils aider le secteur à s’orienter vers un avenir plus propre et plus durable ?

Les gains d’efficacité déclenchent une réaction en chaîne en matière de durabilité

Heureusement, l’industrie chimique dispose de nombreuses voies de décarbonisation qui méritent d’être explorées.

Une plus grande proportion d’hydrogène, un composant chimique essentiel, peut être produite grâce au processus de plus en plus raffiné de l’électrolyse.

Lors de l’électrolyse, l’eau est divisée en ses éléments constitutifs, l’hydrogène et l’oxygène, dans une unité appelée électrolyseur, sans aucune émission de gaz à effet de serre. Le projet américain Hydrogen Energy Earthshot vise à réduire le coût de l’hydrogène vert de 80 % à 1 USD par kilogramme en une décennie.[8]

L’industrie chimique est également prête à accueillir une nouvelle génération de pompes à chaleur à haute température à grande échelle. Environ un quart de la chaleur nécessaire à l’industrie chimique est inférieure à 200 °C, des niveaux auxquels les pompes à chaleur peuvent fonctionner. Ces dispositifs captent l’énergie thermique des déchets industriels ou des sources géothermiques naturelles pour la redéployer à des fins industrielles. Cela permet d’accroître l’efficacité des processus tout en favorisant une part croissante de l’électrification : une double victoire pour le secteur.

Les innovations devraient également révolutionner la production de substances telles que l’ammoniac, le méthanol et les bioplastiques.

Le Danemark ouvre la voie à la production d’ammoniac propre et écologique. Son usine expérimentale de production d’ammoniac (PtA) à Lemvig, actuellement en construction, produit de l’ammoniac en ajoutant de l’azote à l’hydrogène formé par électrolyse.[9] L’ammoniac qui en résulte peut être utilisé comme engrais agricole, contribuant ainsi à compenser les émissions mondiales estimées à 1 % provenant des techniques conventionnelles de production d’ammoniac.

Cette année a vu le lancement de l’usine de méthanol Shunli à Anyang (Chine), la première installation à grande échelle de transformation de CO₂ en méthanol.[10] L’usine, basée sur la technologie Emissions-to-Liquids de Carbon Recycling International, utilise du CO₂ et de l’hydrogène récupérés pour créer quelque 110 000 tonnes de méthanol par an. Les investisseurs de l’usine ont déjà signé un accord pour la livraison de 300 poids lourds Farizon Auto fonctionnant au méthanol, ce qui devrait permettre de réduire la consommation annuelle de diesel de 15 000 tonnes.

La recherche se poursuit sur les alternatives plastiques respectueuses du carbone, connues sous le nom de bioplastiques. Ceux-ci peuvent être biosourcés (fabriqués à partir de matériaux renouvelables), biodégradables ou les deux. Les matériaux biodégradables d’origine biologique peuvent inclure l’acide polylactique (PLA), les polyhydroxyalcanoates (PHA), le succinate de polybutylène (PBS) ou différents mélanges d’amidon. Actuellement, sur les 390 millions de tonnes de plastique produites chaque année, moins de 1 % sont considérées comme des bioplastiques.^[11]

Malgré les inquiétudes concernant la disponibilité des matières premières et la qualité de la biodégradation, la capacité de production mondiale de bioplastiques devrait être multipliée par trois sur une période de cinq ans à partir de 2022.

Les pays peuvent réduire considérablement leurs émissions de CO₂ en s’attaquant à la décarbonisation du secteur Chimie.

Un rapport publié cette année par le cabinet de conseil McKinsey se concentre sur le projet de l’Allemagne visant à réduire les émissions de carbone de l’ensemble de l’industrie (181 millions de tonnes de CO₂ en 2021) de 35 % d’ici à 2030. Elle y parviendra en partie en s’attaquant aux 40 millions de tonnes d’émissions de CO₂ de l’industrie chimique.[12] Le pays vise une réduction de 50 à 60 % des émissions de CO₂ de l’industrie chimique en exploitant quatre « leviers de décarbonisation » :

• élimination progressive du charbon au profit de la production de vapeur par la biomasse, la thermie solaire, l’hydrogène, le biogaz, le stockage thermique, les pompes à chaleur et les technologies de chaudière électrique (réduction de 25 à 30 %) ;
• utilisation de pompes à chaleur à haute température, de technologies de recompression mécanique de la vapeur ou de séparation thermique (potentiel de réduction de 10 à 15 %) ;
• acheter de l’électricité verte à l’aide d’accords d’achat d’électricité (AAE) avec des producteurs d’énergie renouvelable (potentiel de réduction de 10 à 15 %) ;
• améliorer l’efficacité énergétique des clusters de parcs chimiques par des méthodes telles qu’une meilleure maintenance des équipements, un éclairage à faible consommation d’énergie et une meilleure isolation (potentiel de réduction de 1 à 3 %).

Des stratégies coordonnées comme celles-ci seront essentielles pour décarboniser les produits chimiques, étant donné les défis inhérents à ce secteur.

Les défis de la décarbonisation de l’industrie chimique

La décarbonisation du secteur Chimie repose, au moins en partie, sur la disponibilité immédiate d’électricité verte et d’hydrogène. La bonne nouvelle est que la production de ces ressources durables augmente chaque année, l’AIE estimant que la proportion d’énergie renouvelable produite dans le monde passera de 29 % actuellement à 35 % d’ici à 2025[13].

Cependant, tous les autres secteurs industriels du monde qui connaissent une transition écologique seront en concurrence pour le même réservoir d’énergie verte, ce qui signifie que la demande risque de dépasser l’offre, avec les conséquences que cela implique en termes de coûts.

Les sources d’énergie fossiles resteront donc une proposition économique attrayante dans un avenir prévisible, ce qui exercera une forte pression commerciale sur les opérateurs chimiques.

Certains fabricants de produits chimiques pourraient se sentir obligés de délocaliser leur production dans des pays où les politiques en matière de carbone sont moins rigoureuses. Même si un accord international était conclu autour de primes carbone standardisées, tout coût supplémentaire devrait être répercuté sur les consommateurs, qui resteraient libres de privilégier les impératifs économiques au détriment des idéaux environnementaux.

Des interrogations subsistent également au sein du secteur quant à la qualité des cadres de mesure et de déclaration des émissions de carbone. Bien qu’il existe des projets embryonnaires de règles universelles de mesure et de déclaration, aucun accord mondial n’a encore été mis en place, ce qui laisse place à l’incohérence plutôt qu’à la confiance.

Les acteurs clés doivent progresser davantage dans la décarbonisation de l’ensemble de la chaîne de valeur chimique, y compris le traitement des matériaux en fin de vie. Les déchets continuent de gangrener le secteur en raison de modèles commerciaux dépassés et rigides, et le recyclage des produits chimiques est à la traîne par rapport au recyclage dans d’autres industries.

La réduction, la capture et la réutilisation des émissions d’une manière économiquement viable nécessiteront de nouvelles technologies et de nouveaux ensembles de compétences, allant de l’électrochimie à l’intelligence artificielle. Cependant, il existe une pénurie mondiale d’investissements technologiques et de main-d’œuvre qualifiée, et la concurrence de secteurs rivaux risque de freiner les espoirs d’une transition rapide vers la décarbonisation de la chimie.[14]

Compte tenu de ces défis, quel type d’environnement est propice à la décarbonisation du secteur Chimie ? La réponse, inévitablement, est un environnement qui se targue d’une base d’infrastructure solide et d’un soutien politique robuste.

L’infrastructure et la politique sont des catalyseurs de réussite

Le déploiement massif des technologies de capture du carbone (extraction du CO₂ de l’atmosphère et stockage sous forme permanente) reste fondamental pour le processus de décarbonisation de l’industrie chimique.

Dans le cadre du régime du « zéro émission nette » de l’AIE, environ 5 % de l’ensemble du carbone capturé devrait provenir du secteur Chimie d’ici à 2030. Pourtant, l’infrastructure de capture du carbone est toujours à la traîne derrière la technologie.

Il existe dans le monde une quarantaine d’installations de captage du carbone en activité. Même avec les sept nouvelles installations à grande échelle lancées depuis le début de l’année 2022 (quatre en Chine, deux aux États-Unis et une en Europe[15]), les lacunes sont évidentes. La capacité de stockage du carbone de 110 millions de tonnes de CO₂/an prévue pour 2030 ne représente encore qu’un dixième de la capacité nécessaire pour atteindre l’objectif de zéro émission nette à cette date.[16]

Heureusement, les efforts des législateurs et organismes de réglementation suggèrent que les politiques se rallient progressivement à la décarbonisation des produits chimiques à l’échelle internationale.

Dans le cadre de son Pacte vert pour l’Europe, l’UE a lancé son programme de stratégie européenne en matière de produits chimiques pour le développement durable (CSS) en 2020, soulignant la nécessité d’une décarbonisation rapide au sein du secteur. La CSS vise à limiter les émissions en faisant progresser les produits chimiques et les technologies de production qui nécessitent moins d’énergie.

L’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) de l’UE se concentrera sur plusieurs stratégies, notamment l’interdiction des produits chimiques les plus nocifs dans les produits de consommation, la mesure de l’« effet cocktail » cumulatif des produits chimiques lors de l’évaluation des risques et l’élimination progressive des substances per- et polyfluoroalkyles nocives, à moins qu’elles ne soient indispensables.[17]

Dans toute l’Europe, de nombreux pays officialisent leurs propres initiatives visant à décarboniser les produits chimiques. La France est devenue la dernière nation à cibler le secteur en 2021, avec pour objectif de réduire les émissions des produits chimiques de 31 % d’ici la fin de la décennie.[18]

Dans le monde entier, plus de 60 pays ont déclaré une guerre officieuse aux plastiques, l’un des principaux moteurs de l’industrie chimique. En 2022, le Canada a annoncé qu’il interdisait la fabrication ou l’importation de plastiques nocifs à usage unique, notamment les sacs, les couverts, les pailles et les assiettes.^[19] Plus tôt dans l’année, l’Inde a annoncé une interdiction similaire, couvrant également les écouteurs, les bâtonnets de glace, les films d’emballage et les paquets de cigarettes.^[20]

La pression publique s’accentue en faveur d’efforts soutenus pour décarboniser les produits chimiques ; il suffit de demander à n’importe quelle entreprise d’investissement ayant des priorités environnementales, sociales et de gouvernance (ESG). Ne pas décarboniser les produits chimiques est sans doute aujourd’hui une stratégie plus risquée que d’ignorer les appels à l’action progressiste.

Comment le secteur privé peut-il s’attaquer au déséquilibre chimique ?

Les principaux acteurs du secteur privé de l’industrie chimique se rallient à leurs homologues du secteur public pour s’attaquer de front à la question de la décarbonisation.

Le projet sur les technologies à faible émission de carbone, dont le lancement est prévu pour la fin de l’année, vise à utiliser les technologies propres pour stimuler la décarbonisation du secteur Chimie.

Le groupe est composé de plus de 70 cadres supérieurs de l’industrie chimique, dont des représentants de BASF SE, Dow Inc, LyondellBasell Industries NV et Mitsubishi Chemical Group Corp[21]. Son objectif est d’instaurer une culture de la décarbonisation en relevant les défis technologiques, réglementaires, financiers et commerciaux, en collaborant au-delà de l’industrie pour accroître la maturité des technologies à faibles émissions de carbone et en développant des projets concrets pour transformer les modèles d’exploitation traditionnels.

La First Movers Coalition, groupe international axé sur des secteurs difficiles à traiter comme les produits chimiques, a publié en juillet un nouveau livre blanc qui plaide en faveur de produits chimiques non polluants pour le ciment dans l’industrie de la construction.[22]

Le ciment est notoirement nuisible à la production, puisqu’il ne représente que 10 à 15 % de la masse du béton et qu’il est responsable de 90 % de ses émissions de gaz à effet de serre.[23]

Sans le déploiement stratégique de produits chimiques, nous sommes incapables de faire progresser nos sociétés, d’améliorer le niveau de vie de l’humanité ou de lancer nombre de nos projets visant à atténuer la crise climatique qui se profile à l’horizon.

La notion de « décarbonisation des produits chimiques » a une portée et un impact plus vastes qu’il n’y paraît à première vue. En effet, il s’agit de la clé de voûte d’une réduction potentielle des émissions dans d’autres industries fortement polluantes, comme le transport maritime, le fer, l’acier et bien d’autres encore.

Nous ne devons pas craindre de prendre des mesures importantes : supprimer les subventions aux combustibles fossiles, légiférer en vue de réduire les émissions mortelles, remplacer les combustibles à haute teneur en soufre par des alternatives à faible teneur, et reléguer à jamais les déchets plastiques dans les livres d’histoire.

Nous voulons des foyers chaleureux. Nous avons besoin de nourriture, d’emplois, de vêtements et de systèmes de transport pour tisser un réseau civilisé mondial. Pour que les générations futures puissent elles aussi bénéficier de ces droits, au lieu de les considérer comme un luxe pour la brève période privilégiée qui est la nôtre, il faudra revoir une fois pour toutes notre relation avec les produits chimiques.

[1] https://www.statista.com/statistics/302081/revenue-of-global-chemical-industry/

[2] https://www.statista.com/topics/6213/chemical-industry-worldwide/#topicOverview

[3] https://www.globaldata.com/companies/top-companies-by-sector/chemicals/global-chemical-companies-by-revenue/

[4] https://www.theworldcounts.com/challenges/planet-earth/state-of-the-planet/chemical-pollution

[5] https://initiatives.weforum.org/low-carbon-emitting-technologies-initiative/about

[6] https://www.mckinsey.com/industries/chemicals/our-insights/decarbonizing-the-chemical-industry

[7] https://www.iea.org/energy-system/industry/chemicals#overview

[8] https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-electrolysis

[9] https://new.abb.com/news/detail/102175/the-worlds-first-dynamic-green-power-to-ammonia-plant-takes-shape

[10] https://www.carbonrecycling.is/news-media/first-large-scale-co2-to-methanol-plant-inaugurated

[11] https://www.european-bioplastics.org/bioplastics-facts-figures/

[12] https://www.mckinsey.com/industries/chemicals/our-insights/decarbonizing-the-chemical-industry

[13] https://www.weforum.org/agenda/2023/03/electricity-generation-renewables-power-iea/

[14] https://www.deloitte.com/content/dam/assets-shared/legacy/docs/perspectives/2022/gx-pathway-to-decarbonization-chemicals.pdf

[15] https://www.iea.org/energy-system/carbon-capture-utilisation-and-storage

[16] https://www.iea.org/energy-system/industry/chemicals#overview

[17] Chemicals Strategy for Sustainability – ECHA (europa.eu)

[18] https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/2021.05.07_Annexe_au_cp_feuille_de_route_decarbonation_chimie.pdf

[19] https://www.canada.ca/en/environment-climate-change/news/2022/12/change-is-here-canadas-ban-on-certain-harmful-single-use-plastics-starts-to-take-effect-this-month.html

[20] https://www.weforum.org/agenda/2022/07/india-ban-policy-single-use-plastic-pollution

[21] https://initiatives.weforum.org/low-carbon-emitting-technologies-initiative/home

[22] https://www3.weforum.org/docs/WEF_Surfacing_Supply_of_Near_Zero_Emissions_Fuels_and_Materials_in_India_2023.pdf

[23] https://www.nrdc.org/bio/veena-singla/cut-carbon-and-toxic-pollution-make-cement-clean-and-green