TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)
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Energie – environnement
37. Capture et stockage géologique du CO2 avec nouvelle conception de centrale à charbon
Description
Le principe de cette technique consiste à récupérer le CO2 émis lors de la combustion des énergies fossiles, puis à le stocker dans le sous-sol terrestre. Elle pourrait être mise en œuvre lorsque les émissions sont concentrées en un seul lieu, comme c'est le cas avec les centrales thermiques ou les sites industriels grands consommateurs d'énergie (sidérurgie, cimenteries ...).
Après séparation du CO2 contenu dans les effluents gazeux issus de la combustion, le CO2 est comprimé puis transporté, par conduite ou par navire, jusqu'au lieu de stockage géologique où il est « injecté » : anciens gisements d'hydrocarbures, aquifères salins, veines de charbon non exploitées ... D'un point de vue technique, l'opération s'apparente au stockage souterrain du gaz naturel en aquifère, aujourd'hui bien maîtrisé. Il s'agit ici non pas de stocker le CO2 de façon définitive, mais pour une durée suffisamment longue, compatible avec la maîtrise de la teneur en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Cela suppose notamment la mise en place de systèmes de surveillance des sites pendant toute la durée du stockage.
La stabilité à long terme de ce type de stockage reste à démontrer (absence de fuites, en particulier), et son impact environnemental ainsi que les risques sanitaires restent à évaluer. Par ailleurs, la séparation du CO2 est très coûteuse en énergie. Cette difficulté peut être contournée de plusieurs façons :
- par l'amélioration des techniques de séparation : lavage par solvants, séparation membranaire ... ;
- par la mise en œuvre de techniques d'oxycombustion (utilisation de l'oxygène à la place de l'air comme comburant, de façon à obtenir des fumées plus riches en CO2) ;
- par transformation, en amont, du combustible fossile en hydrogène, avec récupération du CO2 ; l'hydrogène est ensuite utilisé comme combustible.
La capture et le stockage du CO2 pourrait concerner en premier lieu le charbon. Il s'agit d'un combustible très abondant, bon marché, avec des sources d'approvisionnement diversifiées ; il est largement utilisé par les nouvelles économies en fort développement, telles que la Chine et l'Inde. Néanmoins, son utilisation entraîne d'importantes émissions de CO2, nettement plus élevées qu'avec le fioul ou le gaz naturel. L'objectif est, ici, d'associer la capture et le stockage du CO2 avec des centrales au charbon de conception améliorée (exemples : combustion en lit fluidisé sous pression, gazéification intégrée à cycle combiné), pour lesquelles la concentration en CO2 des effluents gazeux est plus élevée, et donc sa séparation plus aisée.
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Enjeux, Impact
Le protocole de Kyoto a pour objectif la diminution des émissions de gaz à effet de serre, dont le CO2. La capture et le stockage permettent d'éviter que le CO2 issu de la combustion du charbon ne soit rejeté à l'atmosphère. Cette solution pourrait ainsi jouer un rôle clé, étant donné la place qu'occupe le charbon dans la consommation énergétique mondiale.
La France possède les compétences lui permettant de mettre au point les équipements et services associés à la capture et au stockage du CO2. Les conditions sont donc réunies pour la mise en place d'une filière exportatrice, y compris pour les services, comparable à celle du secteur parapétrolier. Par ailleurs, la mise en place du stockage du CO2 dans les pays fortement consommateurs de charbon (tels que les États-Unis et la Chine) pourrait représenter, à terme, des investissements de plusieurs centaines de Md€.
Marché
La production d'électricité représente 29 % des émissions de CO2 au niveau mondial. La capture et le stockage concernent donc en priorité ce secteur. Par ailleurs, 44 % de l'électricité mondiale est actuellement produite à partir de charbon. À moyen terme, la production d'électricité à partir de charbon continuera à jouer un rôle majeur dans les zones disposant de réserves de charbon abondantes : Amérique du Nord, Australie, Chine ...
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Domaines d'application : |
Acteurs
Disciplines scientifiques : sciences des milieux naturels (terre, océans, atmosphère), énergétique, mécanique des fluides, génie des procédés, génie civil.
Compétences technologiques : environnement - pollution, moteurs - pompes - turbines, procédés thermiques.
Principaux acteurs français
Centres de compétences : BRGM, Cired (CNRS Île-de-France), IFP, Institut de physique du globe de Paris, LSGC (CNRS-Ensic Nancy).
Industriels : Air Liquide (séparation), Alstom, Gaz de France, Géostock, Schlumberger, Total ...
Exemples d'acteurs dans le monde : Réseau d'excellence européen CO2Géonet (www.co2geonet.com) ; Carbon Sequestration Leadership Forum (www.cslforum.org).
Commentaires
La production électrique française étant assurée pour l'essentiel par le nucléaire et l'hydraulique, cette technologie concerne avant tout les marchés internationaux. Plusieurs organismes français, tels que l'IFP et le BRGM, sont d'ores et déjà très impliqués, notamment à travers plusieurs grands projets financés par l'Union européenne.
La capture et le stockage du CO2 ne sont pas spécifiques aux centrales à charbon. Cette filière pourra concerner tout type de centrale thermique, ainsi que certains sites industriels (cimenteries, hauts-fourneaux ...). Toutefois, c'est dans le cas du charbon qu'elle pourrait s'avérer la plus pertinente : cela résulte à la fois du rôle de ce combustible dans le paysage énergétique mondial (et des émissions de CO2 qui en résultent), et du fait que certaines techniques actuellement en développement (oxycombustion, gazéification ...) n'ont réellement d'intérêt que si l'on sait stocker le CO2. Le projet américain FutureGen en est l'illustration.
Malgré l'urgence d'agir collectivement sur les rejets de gaz à effet de serre, on doit constater que les technologies de capture et de stockage du CO2 font aujourd'hui encore l'objet de programmes de R&D et de démonstrations. Aucune solution industrielle acceptable économiquement par les pays gros consommateurs de charbon ne sera disponible avant plusieurs années. Il y a là un défi collectif probablement sous-estimé, dont la technologie ne constitue que l'un des aspects.
Ces problématiques représentent une opportunité exceptionnelle de création de valeur pour la France, compte tenu de l'excellence et du positionnement international de « leader » de plusieurs acteurs nationaux du domaine des services en géotechnique.
© Ministère de l'Économie, des Finances
et de l'Industrie,
Direction
Générale des Entreprises, 12/2006