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Remplacer le p\u00e9trole et le charbon par des \u00e9nergies renouvelables? Une intention louable. Mais les estimations de l\u2019Agence internationale de l\u2019\u00e9nergie refroidissent ce r\u00eave d\u2019\u00e9nergie verte: \u00e0 l\u2019\u00e9chelle mondiale, la production d\u2019\u00e9lectricit\u00e9, qui devra doubler d\u2019ici \u00e0 2030, continuera \u00e0 \u00eatre fournie en grande majorit\u00e9 (70% dans le monde, 60% en Europe) par les combustibles fossiles.<\/p>\n
Pour r\u00e9duire les \u00e9missions de gaz \u00e0 effet de serre, les technologies de capture et stockage du carbone (CSC) semblent incontournables. Le principe est simple: le CO2 produit par la combustion d\u2019\u00e9l\u00e9ments fossiles dans la centrale \u00e9lectrique est captur\u00e9, pressuris\u00e9 et achemin\u00e9 via pipeline vers un lieu de stockage. Une centrale pilote \u00e9quip\u00e9e de CSC existe \u00e0 Schwarze Pumpe (Allemagne) depuis 2008. Construit par Alstom et op\u00e9r\u00e9 par le producteur d\u2019\u00e9nergie su\u00e9dois Vattenfall, ce projet de 30 MW (contre 500 MW pour une centrale classique) int\u00e8gre les techniques d\u2019oxycombustion et de capture postcombustion (voir encadr\u00e9).<\/p>\n
En Europe, le charbon a la cote, avec un prix stable ainsi que la pr\u00e9sence de mines. La Suisse, elle, n\u2019a pour l\u2019instant aucune centrale thermique, mais pencherait probablement pour le gaz (un seul projet de centrale, \u00e0 gaz, est en cours, \u00e0 Chavalon en Valais). \u00abLe prix du gaz est plus volatil, mais il fournit un meilleur rendement que le charbon, d\u00e9gage moins de CO2 et peut \u00eatre achemin\u00e9 par pipeline, au contraire du charbon qu\u2019il faudrait importer par train ou par bateau\u00bb, note Fran\u00e7ois Mar\u00e9chal, sp\u00e9cialiste en process engineering \u00e0 l\u2019EPFL.<\/p>\n
Comment pi\u00e9ger le carbone <\/strong> \u00abPour l\u2019instant, aucune approche ne se distingue encore vraiment, indique Fran\u00e7ois Mar\u00e9chal, qui \u00e9value \u00e0 l\u2019EPFL leur potentiel \u00e0 l\u2019aide de simulations num\u00e9riques. Leur efficacit\u00e9 d\u00e9pend fortement de leur int\u00e9gration au sein de la centrale \u00e9lectrique, du co\u00fbt des \u00e9quipements et de leur impact sur la consommation de combustible. Avec nos simulations, nous voulons d\u00e9terminer la meilleure combinaison de param\u00e8tres: type de technologie, taille des \u00e9quipements, temp\u00e9rature d\u2019op\u00e9ration, d\u00e9bit du combustible, etc.\u00bb Le chercheur utilise des \u00abalgorithmes g\u00e9n\u00e9tiques\u00bb, qui reproduisent une sorte de jeu de l\u2019\u00e9volution bas\u00e9 sur la performance des centrales. Les meilleures configurations peuvent davantage se \u00abreproduire\u00bb \u00e0 chaque g\u00e9n\u00e9ration, avec une petite part de hasard, et finissent ainsi par dominer cet \u00e9cosyst\u00e8me virtuel.<\/p>\n \u00abNot in my backyard\u00bb<\/strong> L\u2019\u00e9quipe de Mazzotti poursuit une quatri\u00e8me voie: transformer le gaz carbonique en roche. \u00abNous cherchons \u00e0 acc\u00e9l\u00e9rer la carbonation, un m\u00e9canisme naturel qui pi\u00e8ge le CO2 sous forme de carbonates de calcium — qui composent le calcaire et la craie — ou de magn\u00e9sium — qui forment la dolomite et sont disponibles en grande quantit\u00e9. Nous travaillons \u00e0 haute pression et temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e pour acc\u00e9l\u00e9rer ce processus.\u00bb L\u2019id\u00e9e serait de stocker les roches carbon\u00e9es dans les mines d\u2019o\u00f9 furent extraits les silicates utilis\u00e9s pour la carbonation. Cette approche impliquerait une infrastructure et des co\u00fbts de transport cons\u00e9quents, mais aurait l\u2019avantage d\u2019\u00e9viter de devoir surveiller l\u2019entreposage — comme c\u2019est le cas pour le stockage sous forme fluide –, car le CO2 ne s\u2019\u00e9chappe que tr\u00e8s difficilement de la roche solide.<\/p>\n Avec le projet de recherche \u00abCarma\u00bb, la Suisse veut \u00e9tudier le potentiel du CSC de mani\u00e8re globale, en analysant l\u2019efficacit\u00e9 de diff\u00e9rentes technologies de capture, leur int\u00e9gration dans les centrales thermiques, les possibilit\u00e9s de transport et de stockage, mais aussi la mani\u00e8re dont le public per\u00e7oit le CSC. \u00abD\u2019abord, nous voulons voir ce que les gens savent sur cette technique, explique Marco Mazzotti, coordinateur principal du projet. Ensuite, nous lancerons des projets d\u2019information.\u00bb Un objectif est d\u2019anticiper des r\u00e9sistances du type \u00abnot in my backyard\u00bb (pas dans mon jardin), que l\u2019id\u00e9e d\u2019entreposage de CO2 ne manquera s\u00fbrement pas de produire.<\/p>\n Quel prix pour le CO2?<\/strong> \u00abFixer un prix du CO2 incitatif au niveau international est une condition n\u00e9cessaire pour pouvoir investir dans le CSC\u00bb, affirme Marco Mazzotti. En attendant, les centrales thermiques continuent d\u2019\u00eatre construites, comme par exemple en Chine, qui en installe deux par semaine pour une puissance de quelque 1 GW — sans technologie de capture du carbone. Soit, chaque ann\u00e9e, l\u2019\u00e9quivalent de trois barrages des Trois-Gorges. Trois recettes pour capturer le CO2<\/strong><\/p>\n La premi\u00e8re technique s\u2019op\u00e8re avant la combustion du charbon et s\u2019inspire largement de l\u2019industrie chimique. \u00abA l\u2019aide de vapeur et d\u2019oxyg\u00e8ne, le charbon est d\u2019abord transform\u00e9 en syngas, qui contient principalement de l\u2019eau et du monoxyde de carbone (CO), explique Nathalie Casas, doctorante dans le groupe de Marco Mazzotti. On peut ensuite le transformer en CO2, qu\u2019on r\u00e9cup\u00e8re, et en hydrog\u00e8ne, qui peut \u00eatre br\u00fbl\u00e9 dans une turbine modifi\u00e9e pour produire de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9.\u00bb<\/p>\n La capture post-combustion fonctionne en filtrant les gaz produits par la combustion afin d\u2019en extraire le CO2. Elle permet le retrofit, \u00e0 savoir l\u2019installation sur des chemin\u00e9es d\u00e9j\u00e0 existantes.<\/p>\n Dans ces deux cas, la technique traditionnelle de filtrage se base sur l\u2019absorption du gaz carbonique par un liquide, appel\u00e9 solvant. Cette approche est utilis\u00e9e par exemple dans la production de CO2 de qualit\u00e9 alimentaire pour les boissons gazeuses. A Zurich, les chercheurs travaillent sur l\u2019absorption du gaz carbonique par un solide. Ils \u00e9tudient le charbon actif, obtenu par chauffage de mat\u00e9riaux fossiles tels que la tourbe, le charbon ou le bois. Ce mat\u00e9riau rempli de minuscules trous pr\u00e9sente une grande affinit\u00e9 avec le CO2 ainsi qu\u2019une tr\u00e8s grande porosit\u00e9: un seul gramme poss\u00e8de une surface effective de 1\u2019000 m2.<\/p>\n Une troisi\u00e8me m\u00e9thode de capture, l\u2019oxycombustion, consiste \u00e0 br\u00fbler le combustible avec de l\u2019oxyg\u00e8ne au lieu de l\u2019air. L\u2019avantage: les gaz produits ne contiennent que de la vapeur et du CO2, qui est facilement r\u00e9cup\u00e9r\u00e9 apr\u00e8s condensation de l\u2019eau. Enterrer le gaz carbonique<\/strong><\/p>\n Le premier proc\u00e9d\u00e9 veut remettre le CO2 l\u00e0 d\u2019o\u00f9 il vient, en le r\u00e9injectant dans des puits de gaz et de p\u00e9trole abandonn\u00e9s, qui sont par nature \u00e9tanches durant des millions d\u2019ann\u00e9es. Cette approche est utilis\u00e9e depuis des d\u00e9cennies pour stocker temporairement du gaz naturel d\u00e9j\u00e0 extrait. Une deuxi\u00e8me strat\u00e9gie, mise en pratique en Norv\u00e8ge depuis 1996, consiste \u00e0 utiliser des aquif\u00e8res salins, \u00e0 savoir des formations g\u00e9ologiques constitu\u00e9es par des roches perm\u00e9ables impr\u00e9gn\u00e9es d\u2019eau sal\u00e9e. Autre approche: injecter \u00e0 tr\u00e8s haute pression le CO2 dans des veines de charbon situ\u00e9es dans des mines inexploitables. \u00abTr\u00e8s poreux, le charbon contient toujours du m\u00e9thane dans ses trous, explique Marco Mazzotti. Le gaz carbonique poss\u00e9dant une plus grande affinit\u00e9 avec le charbon que le m\u00e9thane, il est possible de remplacer les deux gaz. On entrepose le CO2 et r\u00e9cup\u00e8re le m\u00e9thane, qui est utilisable comme combustible.\u00bb Nettoyer l\u2019air<\/strong><\/p>\n Certains imaginent extraire le CO2 directement de l\u2019atmosph\u00e8re, comme par exemple Klaus Lackner \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Columbia, qui a lanc\u00e9 l\u2019id\u00e9e de \u00abcarrousels\u00bb rotatifs automatiques munis de filtres et d\u00e9ploy\u00e9s en masse \u00e0 la surface de la Terre. En Suisse, Aldo Steinfeld d\u00e9veloppe au PSI un projet de capture de CO2 bas\u00e9 sur un r\u00e9acteur solaire. Ce dernier fournirait l\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour lib\u00e9rer le CO2 apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 pi\u00e9g\u00e9 par un filtre solide et nettoyer ce dernier afin de pouvoir le r\u00e9utiliser. L\u2019id\u00e9e de \u00abnettoyer\u00bb l\u2019air de son carbone est enthousiasmante, mais extr\u00eamement ambitieuse, car le CO2 reste tr\u00e8s dilu\u00e9. Il para\u00eet bien plus efficace d\u2019effectuer la capture l\u00e0 o\u00f9 le gaz est \u00e9mis en forte concentration: dans les centrales thermiques. Quel effort pour limiter le r\u00e9chauffement?<\/strong><\/p>\n Selon McKinsey & Vattenfall, un d\u00e9ploiement volontariste de technologies de capture de carbone (CSC) pourrait permettre une r\u00e9duction d\u2019environ 4 gigatonnes (Gt) d\u2019\u00e9missions de CO2 par an d\u00e8s 2030 — une proportion significative de la r\u00e9duction des \u00e9missions n\u00e9cessaire pour contenir les cons\u00e9quences du changement climatique. Une r\u00e9duction d\u2019environ 20 \u00e0 30 Gt par an serait n\u00e9cessaire pour ne pas d\u00e9passer une concentration atmosph\u00e9rique de 450 ppm (parties par million) de gaz \u00e0 effet de serre mesur\u00e9e en \u00e9quivalent CO2, selon les experts.<\/p>\n L\u2019objectif de 450 ppm se base sur des mod\u00e8les climatiques qui estiment l\u2019augmentation de la temp\u00e9rature ainsi que ses cons\u00e9quences m\u00e9t\u00e9orologiques. Une concentration de 450 ppm occasionnerait une augmentation probablement comprise entre +1,4 \u00b0C et +3,1 \u00b0C, avec environ une chance sur deux de d\u00e9passer 2 \u00b0C. Cette limite, bien qu\u2019arbitraire, correspond \u00e0 des sc\u00e9narios alarmistes (augmentation de la fr\u00e9quence et s\u00e9v\u00e9rit\u00e9 des temp\u00eates et des inondations, hausse du niveau de la mer, etc.). En 2009, certains scientifiques ont appel\u00e9 \u00e0 baisser l\u2019objectif \u00e0 350 ppm, afin de r\u00e9duire \u00e0 environ 10% la probabilit\u00e9 d\u2019aller au-del\u00e0 de +2 \u00b0C. Pour pr\u00e9voir ces taux, les experts estiment l\u2019\u00e9volution des \u00e9missions de gaz \u00e0 effet de serre en formulant diff\u00e9rents sc\u00e9narios de croissance, de mix \u00e9nerg\u00e9tiques et d\u2019initiatives pour r\u00e9duire les \u00e9missions. Si rien n\u2019est entrepris (sc\u00e9nario \u00abbusiness as usual\u00bb), les \u00e9missions pourraient atteindre 40 Gt de gaz carbonique par an en 2030 et ainsi engendrer des taux au-del\u00e0 de 600 ppm, qui s\u2019accompagneraient d\u2019une augmentation de temp\u00e9rature d\u00e9passant \u00abtr\u00e8s probablement\u00bb les 2 \u00b0C.<\/p>\n Sources: Rapports de McKinsey & Vattenfall, du GIEC et du Parlement europ\u00e9en. Une version de cet article est parue dans le magazine Reflex (no 12)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Plusieurs techniques ont fait leurs preuves pour capturer les \u00e9missions de C02. Elles repr\u00e9sentent un espoir concret dans la lutte contre le r\u00e9chauffement. Leur principe est simple. 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\n\u00abIl n\u2019est pas n\u00e9cessaire d\u2019attendre l\u2019arriv\u00e9e de technologies r\u00e9volutionnaires, souligne Marco Mazzotti, professeur \u00e0 l\u2019EPFZ et l\u2019un des leaders du CSC en Suisse. Depuis des d\u00e9cennies, l\u2019industrie chimique s\u00e9pare diff\u00e9rents gaz \u00e0 l\u2019\u00e9chelle industrielle, comme par exemple l\u2019oxyg\u00e8ne et l\u2019azote \u00e0 partir de l\u2019air ou encore le gaz carbonique et l\u2019hydrog\u00e8ne \u00e0 partir du syngaz, un gaz produit \u00e0 partir de charbon ou de coke. Ces techniques sont appliqu\u00e9es \u00e0 tr\u00e8s grande \u00e9chelle dans la production du compos\u00e9 chimique le plus fabriqu\u00e9 au monde: l\u2019ur\u00e9e, qui compose les fertilisants ammoniaqu\u00e9s utilis\u00e9s par l\u2019agriculture.\u00bb L\u2019enjeu est donc d\u2019adapter ces diff\u00e9rentes approches \u00e0 la capture du CO2 (lire ci-dessous). Surtout, il s\u2019agit de r\u00e9duire au maximum la p\u00e9nalit\u00e9 due \u00e0 la capture, qui absorbe une quantit\u00e9 importante de chaleur et r\u00e9duit ainsi la production d\u2019\u00e9lectricit\u00e9 et la rentabilit\u00e9 de la centrale.<\/p>\n
\nL\u2019entreposage est une question cruciale. \u00abLes probabilit\u00e9s de fuite doivent \u00eatre minimes, explique Marco Mazzotti. C\u2019est moins une question de s\u00e9curit\u00e9 — comme le risque d\u2019empoisonnement — que d\u2019efficacit\u00e9: tout l\u2019effort de capture du gaz carbonique serait compl\u00e8tement vain si celui-ci venait \u00e0 s\u2019\u00e9chapper.\u00bb Trois proc\u00e9d\u00e9s de stockage dit \u00abg\u00e9ologique\u00bb sont envisag\u00e9s, comme par exemple l\u2019utilisation de puits de p\u00e9trole vides (voir encadr\u00e9).<\/p>\n
\nSelon une \u00e9tude de McKinsey et Vattenfall, les techniques de CSC pourraient, sur le plan technologique, \u00eatre d\u00e9ploy\u00e9es d\u2019ici \u00e0 2030, pour un co\u00fbt de 30 \u00e0 50 euros la tonne de CO2 captur\u00e9. \u00abLe probl\u00e8me principal est que le CO2 n\u2019a pas encore de vrai march\u00e9 ni de prix clair\u00bb, explique Marco Mazzotti. Le prix des certificats de carbone europ\u00e9ens, qui permettent d\u2019\u00e9changer le droit d\u2019\u00e9mettre du CO2, s\u2019est effondr\u00e9 de 30 euros la tonne en 2006 \u00e0 10 cents en 2007. La raison? Les quotas attribu\u00e9s avaient d\u00e9pass\u00e9 les \u00e9missions comptabilis\u00e9es\u2026 En 2009, il se trouvait autour des 15 euros — un prix \u00e0 nouveau en dessous des pr\u00e9visions.<\/p>\n
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