Les 3 voies de la valorisation du CO2
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Le principe de la valorisation du (CO2) consiste à le considérer comme une matière première, que l’on capte à la sortie des fumées industrielles et que l’on exploite pour réaliser un certain nombre de produits ou d’opérations commercialement rentables. Il s’agit donc d’une voie différente de celle du simple stockage en sous-sol du CO2. On parle quelquefois du triptyque captage-stockage-valorisation.
© Thinkstock - Le CO2 issu des grandes unités industrielles (ici une centrale à charbon) peut être utilisé dans divers processus physiques et chimiques.
Plusieurs méthodes de valorisation ( des hydrocarbures, synthèse de produits chimiques, culture de micro-algues pour produits à haute valeur ajoutée) ont déjà atteint un niveau industriel. Mais la quantité de CO2 utilisée est encore très faible : environ 0,5 % des émissions mondiales, soit moins de 200 mégatonnes par an (Mt CO2 par an) sur un total des émissions mondiales de plus de 36 000 Mt CO2 par an en 2015.
De très nombreuses recherches sont engagées dans le monde et ouvriront, dans une période de 5 à 20 ans, de nouvelles perspectives pouvant conduire à terme à absorber de 5 % à 10 % des émissions, si les questions de coûts trouvent des solutions raisonnables.
La valorisation du CO2 se heurte à des difficultés de base :
- Collecter le dioxyde de carbone est une opération difficile et encore coûteuse et elle n’est vraiment réalisable que sur les installations industrielles fortement émettrices. Le CO2 émis par les transports, l’agriculture ou l’habitat n’est pas concerné. La valorisation du CO2 n’est donc qu’un des leviers – et pas le plus important – parmi beaucoup d’autres ( , économies d’énergie, développement des , stockage souterrain) qui peuvent permettre la maîtrise des émissions de CO2.
- Les unités industrielles qui utilisent le CO2 doivent être proches des sources qui l’émettent, sinon les coûts du transport deviendraient insupportables. La valorisation du CO2 entre donc dans une logique d’économie circulaire et de parcs éco-industriels où les émissions de CO2 d’une usine deviennent la matière première d’une autre.
- Le produit fabriqué grâce au CO2 doit disposer de marchés commerciaux déjà existants, soit de masse (comme celui des produits énergétiques), qui sont généralement de faible valeur, soit de niche (comme dans la chimie fine), qui ont une forte valeur ajoutée mais présentent des tonnages faibles.
- Le bilan carbone du processus réalisé avec le recours au dioxyde de carbone doit être meilleur que celui du processus traditionnel, c’est-à-dire avoir des émissions plus faibles une fois pris en compte tout le cycle de l’opération. Sinon on n’aura fait que « déplacer » le CO2 avant son retour final dans l’atmosphère. En outre, il faut considérer la durée de vie des produits avant leur destruction, si on ambitionne d’utiliser cette transformation pour stocker du carbone.
Trois grands groupes de valorisation ont été identifiés :
- La valorisation sans transformation, où le CO2 est utilisé pour ses propriétés physiques. C’est le cas dans la récupération assistée des hydrocarbures, où le gaz est réinjecté dans les puits de pétrole et « chasse » celui-ci, permettant d’épuiser le . Environ 50 Mt CO2 par an sont utilisées dans ces opérations. D’autre part, des utilisations industrielles sont déjà en cours : les bulles des boissons gazéifiées, la neige carbonique des extincteurs, les liquides réfrigérants. Le CO2 est utilisé également dans l’industrie pharmaceutique ou le traitement des eaux. Sous sa forme « supercritique » (entre liquide et gaz), le CO2 permet de produire des solvants. Quelque 20 Mt CO2 par an sont utilisées dans tous ces secteurs.
- La valorisation chimique, par réaction avec un autre composant. Le CO2 est aujourd’hui essentiellement présent (quelque 100 Mt CO2 par an) dans la production d’urée, une substance très utilisée en agriculture comme engrais azoté. Le CO2 permet aussi de produire de l’acide salicylique, un médicament dont dérive l’aspirine. Il entre aussi dans le processus de fabrication des polycarbonates, une matière plastique très performante (verres optiques, CD et DVD, lentilles…), et des polyméthanes (mousses, caoutchoucs…). Des recherches sont avancées en matière de minéralisation et carbonation, notamment pour durcir le béton. Mais surtout, les chercheurs mettent beaucoup d’espoir dans la production de produits à valeur énergétique, c’est-à-dire du , de l’acide formique et en bout de chaîne des carburants, grâce à un large éventail de procédés (hydrogénation, reformage, électrolyse, photo-électro-catalyse, thermochimie). Les volumes seraient potentiellement très importants mais les processus exigent de l’ , qui devrait alors être produit sans émissions de CO2 (ce qui est très coûteux). C’est le même problème dans la « méthanation » : le CO2 peut être combiné à l’hydrogène pour créer du méthane, c’est-à-dire du gaz naturel. Mais il faudrait que le prix de la tonne de CO2 s’envole, pour que ce procédé devienne économiquement rentable.
- La valorisation biologique, par au sein d'organismes biologiques, comme les micro-algues dont la croissance nécessite d'importantes quantités de CO2. La culture de micro-algues est aujourd’hui à un stade commercial, avec de petites productions à haute valeur ajoutée, comme les pigments et les oméga 3. Des perspectives se dessinent dans l’alimentation animale et la chimie de spécialités, et, dans une dizaine d’années au moins, dans la production de biocarburants. Dans ce dernier secteur, qui intéresse notamment l’aviation, le coût est l’obstacle majeur au développement.
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