fr Quelles solutions pour atteindre la neutralité carbone?

Efficience 21 /// été 2021

Actuel I L’images

Le 100’000e Certificat énergétique des bâtiments (CECB) a été délivré

image_3721_sommaire

Actuel

Brèves

actuel_3721_sommaire

En partenariat avec SuisseEnergie

Des propriétaires partagent leurs expériences

suisse_3721_sommaire

Interview I Bertrand Piccard

«La protection de l’environnement ne deviendra jamais une réalité si elle coûte cher»

piccard_3721_sommaire

En partenariat avec CleantechAlps

Pour l’isolation, l’herbe a tout bon

cleantech_3721_sommaire

En partenariat avec CleantechAlps

Les bois feuillus comme alternative au béton

cleantech_3721_sommaire_02

Dossier I Béton

Le béton, ce meilleur ennemi

beton_3721_sommaire

Energie et travaux I Réalisation exemplaire

Un hôtel en bottes de paille

hotel_3721_sommaire

Société I Climat

Quelles solutions pour atteindre la neutralité carbone?

climat_3721_sommaire

Recherche I Energie grise

Les transports de biomasse ne font pas fausse route

recherche_3721_sommaire

Recherche I Mobilité

Se déplacer en voiture en ville n’est pas toujours un choix

recherche_mobilite_3721_sommaire

Solutions durables I Aménagements

Les bureaux passent au vert

solution_3721_sommaire

Solutions durables I Ecogestes

Vade retro gaspi alimentaire!

ecogeste_3721_sommaire

SOCIÉTÉ I Climat

 

Quelles solutions pour atteindre la neutralité carbone?

 

Réduction des émissions, captage de carbone ou compensation: quelles sont aujourd’hui les solutions pour atteindre la neutralité carbone?

  

DAVID UNNERVIK* 

Le dioxyde de carbone est une molécule stable et extrêmement abondante, dont l’accumulation induit des effets néfastes sur l’environnement. Depuis le début de son suivi en 1958 par l’observatoire de Mauna Loa à Hawaii, sa concentration dans l’atmosphère est rapidement passée de 315 parties par millions (ppm) à 415ppm en 2021, avec, pour conséquences directes, l’acidification des océans et le réchauffement de la planète. Afin de limiter cette catastrophe environnementale, l’Accord de Paris de 2015, visant à limiter la hausse de la température de 2°C au plus par rapport à l’ère préindustrielle, a été signé par plus de 190 parties. De plus en plus de villes, régions et pays se sont ainsi engagés à atteindre la neutralité climatique d’ici à 2050, c’est-à-dire – dans la plupart des cas – à ne pas émettre davantage de CO2 que ce que l’environnement est capable d’absorber. Bien qu’un travail monumental soit nécessaire pour se conformer à cette ambition, plusieurs méthodes sont couramment mises en avant pour minimiser les coûts de la transition entre une société basée sur les énergies fossiles émettrices et une société zéro carbone. A mesure que les méthodes les plus évidentes et les moins chères sont adoptées, il devient toutefois de plus en plus difficile de discerner la marche à suivre pour les émissions restantes.

 

LES LIMITES DE LA COMPENSATION

Beaucoup de grandes entreprises émettrices se sont d’abord tournées vers la compensation, aussi connue sous le nom de «carbon off-setting» en anglais, c’est-à-dire le découplage entre le site des émissions de CO2 et le site de leur réduction (mesures d’afforestation ou de reforestation par exemple). De nombreuses plateformes de compensation ont récemment fait leur apparition, et certains pays comme le Canada se sont déjà engagés à planter plusieurs milliards d’arbres dans l’optique de respecter leurs objectifs de neutralité carbone.

L’efficacité de cette voie reste cependant discutable, puisqu’un suivi réel des émissions compensées est difficile dans beaucoup de cas. Cette stratégie présente en outre des inconvénients, à savoir une homogénéisation des espèces végétales qui peut compromettre la biodiversité de ces milieux souvent sensibles, sans parler des besoins immenses en surface pour planter ces arbres. Ces mesures sont certes utiles, mais ne peuvent constituer l’échelon principal d’une stratégie de décarbonisation de la société, et doivent donc être soutenues par des stratégies complémentaires.

 

LE CAPTAGE DU CARBONE ET SON UTILISATION

Le captage du carbone et son utilisation (CCU) ou son stockage (CCS) permettent de résoudre le problème des émissions incompressibles (c’est-à-dire inévitables, par exemple celles résultant de l’incinération des ordures ménagères ou de la production de ciment). Le CCU en particulier permet de redonner vie à ce carbone en le convertissant en divers produits à valeur ajoutée. Ainsi, il est par exemple possible de produire des carburants (méthane, kérosène, diesel), des plastiques (polyols, polycarbonates) et des agrégats à base de CO2, le dotant ainsi d’une réelle valeur sur le marché.

L’opération de captage peut être effectuée en sortie de cheminée (c’est ce qu’on appelle le captage «à la source») ou directement en «filtrant» l’atmosphère (on parle alors de captage atmosphérique direct). Bien que ces voies plus modernes soient découragées par l’apport important en énergie thermique et/ou électrique nécessaire, l’horloge tourne et des alternatives moins énergivores n’ont pas encore fait leur apparition.

CCU vs CCS, temps de fixation et NET: de quoi parle-t-on?

 

Nombreux sont les nouveaux termes qui décrivent les technologies liées au captage de CO2, et ceux-ci peuvent parfois porter à confusion. L’une des distinctions entre le CCU (captage du carbone et utilisation) et le CCS (captage du carbone et séquestration) se fait au niveau du temps de fixation du carbone, à savoir le temps entre l’étape de captage et de réémission de la molécule. Dans le cas du CCS par exemple, le carbone est typiquement stocké sur plusieurs centaines d’années, et on considère qu’il quitte le cycle anthropogène du carbone. En revanche, le temps de fixation lors de l’utilisation du carbone varie fortement, ce qui sert souvent d’argumentaire contre ce genre de technologie. D’un côté, il y a le CO2 alimentaire, qui est caractérisé par un temps de fixation extrêmement court, puisque le CO2 est immédiatement ré-émis lors de la consommation (souvent quotidienne) du produit (boisson gazeuse par exemple). De l’autre côté, la production de minéraux au travers de technologies comme celle développée par Neustark permet d’atteindre des temps de fixation similaires à ceux du CCS. Entre deux, on trouve tout ce qui touche aux carburants, combustibles et plastiques à base de CO2.

On parle également beaucoup de technologies d’émissions négatives, «Negative Emissions Technologies», ou NET en anglais, qui font référence aux technologies permettant une diminution nette du CO2 présent dans l’atmosphère (contrairement à la neutralité carbone, qui implique une accumulation nulle du CO2 dans l’atmosphère, et donc que le cycle du carbone soit fermé). Les NET comme la production d’énergie par l’incinération de biomasse suivie par le captage et stockage du CO2 émis sont particulièrement mises en avant dans les stratégies des gouvernements, puisqu’elles permettent non seulement de produire de la chaleur et de l’électricité à base de combustibles renouvelables, mais également de compenser les émissions incompressibles ou difficiles à réduire d’autres activités, telles que la production de ciment ou l’incinération de déchets. Un exemple récent de NET qui a beaucoup gagné en popularité est la production de biochar par pyrolyse de biomasse, qui permet de produire de la chaleur tout en stockant le CO2 assimilé par la biomasse lors de sa croissance sous forme de charbon biologique, un type récalcitrant de carbone qui est utilisé comme amendement du sol dans le cadre des pratiques d’agriculture régénératrice.

LA SUISSE, PIONNIÈRE DU FILTRAGE ATMOSPHÉRIQUE

En 2009, une spin-off de l’ETHZ donne naissance à un projet ambitieux: le captage du CO2 atmosphérique par le biais de membranes à adsorption alimentées par des rejets de chaleur. C’est le début de Climeworks, une entreprise qui développe par la suite une solution modulaire pour le captage atmosphérique de CO2 à petite échelle, à hauteur de 50 tonnes de CO2 par an. Le CO2 produit est utilisé pour enrichir l’atmosphère d’une serre et ainsi améliorer la productivité des horticulteurs; il peut aussi être directement injecté dans des couches géologiques dès 800 mètres de profondeur pour un stockage sur le long terme. Contrairement au captage à la source, la solution de Climeworks ne se limite pas aux zones industrielles, mais peut techniquement être implémentée partout.

Les coûts actuels sont néanmoins trop prohibitifs pour permettre une adoption à grande échelle, notamment en raison des besoins importants en énergie thermique et électrique pour son fonctionnement. La technologie est toujours considérée comme immature, et d’importants développements permettant d’alléger ces contraintes sont attendus dans les années à venir.

 

LES LIMITES DU CAPTAGE À LA SOURCE

Pour les entreprises fortement émettrices, il est difficile d’envisager le captage atmosphérique du CO2 comme solution à leur empreinte carbone. Un nombre croissant d’acteurs se penchent cependant sur le captage à la source et s’interrogent sur les débouchés du CO2 qui en résulte. C’est le cas notamment de Satom, à Monthey, la principale usine d’incinération de déchets du canton du Valais, qui en 2020 avait exprimé un intérêt pour davantage explorer la chaîne de valeur de son CO2. Parmi les autres secteurs qui pourraient bénéficier de telles technologies, on retrouve en particulier les producteurs d’énergie (chaudières pour la production d’électricité et de chaleur à distance), les industries lourdes et les installations de production de biogaz.

Malheureusement, les débouchés du CO2 restent à ce jour fortement limités par rapport à la disponibilité du CO2 qui ne cesse de croître, et il est souvent difficile de trouver un modèle d’affaires qui tient la route. Un grand nombre d’acteurs préfèrent ainsi continuer de compenser leurs émissions par l’achat de quotas dans le cadre du système d’échange de quotas d’émissions (SEQE) plutôt que d’investir dans des technologies de captage et de valorisation du CO2. Cette solution temporaire ne saurait cependant durer si le prix du carbone sur le marché européen poursuit sa croissance fulgurante, doublant en un an pour dépasser aujourd’hui les 50 euros par tonne. A mi-chemin entre ces deux cas, certaines entreprises se tournent vers le stockage comme solution permanente à leurs émissions de CO2. L’absence de sites de séquestration proches des sources d’émissions reste cependant Un défi majeur pour les pays comme la Suisse, qui devraient exporter leur CO2 sur plus d’un millier de kilomètres pour pouvoir s’en débarrasser en mer du nord, où des projets de stockage off-shore sont en cours de développement.

 

DES VOIES DE VALORISATION MULTIPLES

L’optique du CCU vise à considérer le CO2 comme une ressource, et non comme un déchet. Cette nouvelle mentalité a seulement récemment pris de l’ampleur, mais un certain nombre d’acteurs se sont néanmoins distingués en proposant des services de valorisation de CO2, y compris en Suisse. L’entreprise Swiss Liquid Future, en collaboration avec l’allemand Thyssenkrupp, propose ainsi un système de production de méthanol vert, par le biais d’hydrogène vert (produit par l’apport d’énergies renouvelables) et de CO2 capté. L’unité de production, qui comprend également l’infrastructure de production d’hydrogène vert, permettrait de générer jusqu’à 4000 tonnes de méthanol par année, tout en consommant 6000 tonnes de CO2.

Dans le secteur de la construction, une autre spin-off de l’ETHZ, Neustark, a mis au point un système de carbonatation accélérée du CO2, permettant la minéralisation de celui-ci via une mise en contact avec des déchets de construction. Les granulats ainsi produits sont extrêmement stables, et peuvent être réutilisés dans l’industrie de la construction ou simplement pour revitaliser les gravières existantes. Au niveau international, plusieurs acteurs sont également actifs dans le domaine du CCU. Le britannique Carbon8 a déployé en 2020 une unité modulaire de minéralisation sur le site de la cimenterie de Vicat à Montalieu, en France. Leur système capte le CO2 en sortie de cheminée, avant de le faire réagir avec la poussière du four à ciment pour produire des agrégats réutilisables en construction. Depuis près d’une décennie, l’islandais Carbon Recycling International opère un site de «Power-to-Liquids», produisant environ 4000 tonnes de méthanol vert par année en combinant du CO2 venant d’une centrale géothermique et de l’hydrogène produit par électrolyse. La centrale géo-thermique sert également comme source d’électricité, rendant le procédé vertueux tout au long de sa chaîne de valeur. Enfin, dans le secteur de l’aviation, la compagnie norvégienne Nordic Blue Crude prévoit la mise en service en 2022 de son site de production de carburants synthétiques (10 millions de litres par an, principalement du kérosène, du diesel et d’autres produits dérivés du pétrole), ne consommant que du CO2 et de l’hydrogène vert. Peu importe le secteur, l’effet que peut avoir le CCU sur l’empreinte carbone de la société est énorme.

 

UNE LÉGISLATION FLOUE

Malgré le récent échec de la Loi sur le CO2, les différents acteurs publics au niveau cantonal comme fédéral semblent enclins à miser sur une politique allant dans le sens de la transition énergétique. Plusieurs villes et cantons ont déjà publié leur plan climat, qui se trouve souvent être plus ambitieux que la volonté du Conseil fédéral, exprimée au travers de cette Loi sur le CO2. Ce dernier a néanmoins publié en janvier 2021 la «stratégie climatique à long terme de la Suisse», dans laquelle le captage de carbone joue un rôle primordial. Le Conseil fédéral met cependant la priorité sur la séquestration du carbone plutôt que son utilisation, et ce malgré «une capacité de stockage minimale» en Suisse. Similairement, à Bruxelles, la Commission européenne a publié le 14 juillet dernier sa proposition de réforme du SEQE, où il est mentionné que seules les technologies permettant de «lier de manière permanente le CO2 dans un produit afin d’en prévenir l’émission lors de l’utilisation du produit» donneraient droit à des crédits carbone. Contrairement à la séquestration, la réutilisation de carbone n’est donc à ce jour pas explicitement considérée comme une mesure de réduction des émissions, que ce soit en Suisse, au sens de la Loi sur le CO2, ou au niveau européen.

Après consultation d’experts sur le sujet, une «émission de CO2» ne serait comptée comme telle qu’une seule fois, et ce uniquement lors de la première instance d’émission d’un atome de carbone d’origine fossile. Dans le cas où cet atome serait transformé, puis exporté hors des limites du système avant d’être émis ou relâché dans l’atmosphère, l’émission ne serait comptabilisée qu’au moment de la réémission, à savoir lors de l’utilisation du produit à base de CO2. Cette particularité pourrait donc permettre aux grandes entreprises émettrices de se délester des coûts liés aux émissions CO2 dans le cadre du SEQE, à condition que le produit à base de CO2 ne soit pas réutilisé plus loin dans la chaîne de valeur de l’entreprise.

Quoi qu’il en soit, le CCU peut mener à une forte réduction des émissions directes et indirectes d’un procédé, à condition que la technologie soit alimentée en énergies renouvelables. Bien qu’il soit parfois complexe de précisément quantifier l’étendue de cette réduction d’émissions, les technologies CCU peuvent fortement contribuer à l’atteinte des objectifs climatiques. Davantage de leviers législatifs et économiques sont cependant dès aujourd’hui nécessaires pour que ces technologies puissent jouer un rôle important dans les années à venir.

 

* David Unnervik est ingénieur EPFL.
Il est consultant chez Sofies dans les domaines de la capture, du stockage et de la valorisation du dioxyde de carbone.