1. Introduction
Le captage-stockage du CO2 pourrait être
une solution de transition acceptable pour diminuer les
rejets de gaz à effet de serre à l’atmosphère
en attendant l’avènement de moyens de production
nouveaux sans émissions de CO2.
Le captage et le stockage géologique
du CO2 consiste à capter le CO2
produit par les installations industrielles avant son rejet
à l’atmosphère et à le ré-injecter
dans des structures géologiques adéquates
pour l’y stocker sur des périodes de temps
longues. Il concerne les sources stationnaires centralisées
de CO2 – principalement la production d’énergie
à partir de combustibles fossiles et l’industrie
lourde – à l’exclusion d’une autre
source importante de CO2, les transports.
Les volumes concernés sont importants. En effet les
émission de CO2 d’origine fossile
en 2002 étaient de 24 Gt (milliards de tonnes) dont
environ 15 Gt provenant de sources stationnaires : une centrale
au gaz de 400 MW (million de Watt) émet environ 1
Mt (million de tonnes) de CO2 par an ; une centrale
à charbon pulvérisé sur lignite, 6
Mt de CO2 par an ; un haut fourneau, 10 Mt par
an : on a environ 2 tonnes de CO2 pour
une tonne d’acier par les procédés conventionnels
; une raffinerie de 200 000 barils environ 1,5 Mt par an.
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2. Le captage 
Il y a trois grandes
voies de captage du CO2 :
a) Le captage post-combustion
dans lequel on ne change pas le procédé de
conversion énergétique et on capte le CO2
dilué dans les fumées de combustion. Il peut
s'intégrer aux installations existantes sans trop
de modifications. Le procédé le plus couramment
utilisé est la capture du CO2 par un solvant.
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b) L’oxycombustion qui consiste
à réaliser une combustion à l'oxygène
pur et non pas à l'air pour obtenir des fumées
concentrées en CO2 à 90 %. Avec le recyclage
d'une partie du CO2 en substitution de l'azote de l'air,
l'oxycombustion est bien adaptée à une remise
à niveau (retrofit) d'une installation existante.
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c) Le captage pré-combustion
qui vise à extraire le CO2 à la source en
transformant le combustible fossile avant usage en un gaz
de synthèse. Ici, l'objectif est de capter le carbone
avant combustion, lors du processus de fabrication du combustible
: il est converti en entrée d'installation en gaz
de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone
(CO) et d'hydrogène. Le CO présent dans le
mélange réagit avec l'eau au cours de l'étape
de shift-conversion pour former du CO2 et de l'hydrogène.
Le CO2 est alors séparé de l'hydrogène,
lequel peut être utilisé pour produire de l'énergie
(électricité et ou chaleur) sans émission
de CO2.
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Pour chacune des 3 grandes voies de captage il y a donc,
à un moment donné, une séparation gazeuse:
N2/CO2 (post-combustion), O2/N2 (oxycombustion) et CO2/H2
(pré-combustion). On dispose de tout un ensemble
de technologies de séparation gazeuse. Certaines
existent à l’échelle industrielle, d’autres
ne sont disponibles qu’au laboratoire et nécessitent
la réalisation de démonstrateurs. Toutes font
encourir une pénalité énergétique
qu’il faut réduire.
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3. Le CO2 évité ou le CO2 capturé ?
Le captage du CO2 représente une dépense supplémentaire
d'énergie, elle-même génératrice
de gaz carbonique. Les émissions de gaz carbonique
évitées, les seules qui comptent, sont évaluées
en comparant les rejets à l’atmosphère
d’une centrale sans captage et d’une centrale
avec captage. Celle-ci consommant plus d'énergie,
la quantité de CO2 capturé est toujours supérieure
à la quantité de CO2 évité.
C’est, bien entendu le CO2 évité qu’il
faut prendre en considération dans les évaluations
de performance
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4. Le transport
Une fois le CO2 capturé par l’une de ces trois
voies, on le comprime ou on le liquéfie selon le
mode de transport : par pipeline ou par bateau pour l’envoyer
vers un site de stockage où il est injecté.
Le transport par pipeline n’est intéressant
que si le site de stockage n’est pas très éloigné
du site de captage.
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5. Le stockage
Trois types de stockage géologique sont regardés
:
a) L’injection dans les aquifères salins profonds
– sites dans lesquels on n’ira pas ensuite chercher
l’eau puisqu’elle est salée.
b) L’injection dans les réservoirs d’hydrocarbures
– pétrole ou gaz – déplétés,
avec la possibilité de faire de la récupération
assistée de pétrole par injection de CO2,
ce que pratiquent déjà des pétroliers
en utilisant du CO2 provenant surtout de gisements naturels.
c) L’injection dans les veines de charbon en profitant
du fait que le charbon a une affinité encore plus
grande pour le gaz carbonique que pour le méthane
: il peut en adsorber deux fois plus que de méthane.
D'où l'idée de stocker du CO2 dans le charbon
tout en récupérant le méthane qui peut
se trouver ainsi libéré. A cause de la faible
porosité du charbon, on ne peut obtenir des débits
élevés.
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6. Des opérations en cours
Un exemple de captage pré-combustion : l’unité
de gazéification dans le Dakota du Nord, produit
du gaz naturel de synthèse à partir de charbon,
avec captage du CO2 produit dans le procédé.
Il s’agit du captage de l’ordre de 1,5 millions
à 2 millions de tonnes de CO2 par an, qui est envoyé
par pipeline pour injection dans un champ pétrolier
à 330 km pour faire de la récupération
assistée. Ainsi, sur ce projet, on fait les 3 opérations
de captage, transport, stockage.
Un exemple de stockage en aquifère salin profond
: Le champ de Sleipner opéré par Statoil dans
lequel Total est partenaire réalise la séparation
du gaz naturel et son injection dans un aquifère
profond de la Mer du Nord. Cette opération a vu le
jour en 1996 et injecte, depuis, un million de tonnes de
CO2 par an. Il s'agit de la première opération
industrielle de stockage géologique de CO2 à
des fins environnementales, pour lutter contre l'effet de
serre. Les frais, considérables, d'injection sont
compensés par l'existence en Norvège d'une
taxe sur les émissions de CO2 offshore.
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7. Conclusion
Le captage-stockage de CO2 est une opération coûteuse
sur le plan énergétique et financier (on estime
qu’elle double le coût d’investissement,
qu’elle augmente au moins de 30 % les coûts
de production). Elle ne sera réalisée à
grande échelle que si des taxes significative sont
imposées aux rejets de CO2 à l’atmosphère,
comme c’est le cas dans l’exemple norvégien
(champ de Sleipner). Les potentiels de stockage sont importants
mais tout de même limités, les questions de
droit et d’acceptabilité par les populations
sont encore incertaines. Elles ne représentent pas,
a priori, des obstacles insurmontables.
Il est évident qu’une réduction des
rejets anthropiques de CO2 à l’atmosphère
est obtenue de façon plus sûre et moins coûteuse
grâce au recours à des sources d’énergie
non émettrices de CO2, en remplacement des combustibles
fossiles. La production d’électricité
est une des industries pour laquelle cette transition est
possible, grâce au nucléaire et aux renouvelables.
On pourrait alors réserver les techniques de captage-stockage
aux industries qui ne peuvent fonctionner sans les combustibles
fossiles.
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