Contenu du sommaire : Captage, stockage et utilisation du carbone

Revue Responsabilité et environnement Mir@bel
Numéro no 105, janvier 2022
Titre du numéro Captage, stockage et utilisation du carbone
Texte intégral en ligne Accès réservé
  • Enfin ! - Claude Mandil p. 4-5 accès libre
  • Introduction - Dominique Auverlot, Richard Lavergne p. 6-10 accès libre
  • L'atteinte des objectifs climatiques (1,5°C) au niveau mondial serait socialement et économiquement inacceptable sans recours au CCUS et aux autres procédés de GGR (Greenhouse Gas Removal)

    • Net zero commitments drive global momentum for CCUS - Mary Burce Warlick p. 11-14 accès réservé avec résumé en anglais
      A net-zero energy system requires a profound transformation in the way we produce and use energy. This can only be achieved with a broad suite of technologies. Carbon capture, utilisation and storage (CCUS) is the only group of technologies that contributes both to directly reducing emissions in key sectors and to removing CO2 to balance emissions that are challenging to avoid – a critical part of ‟net” zero goals.Over the years, CCUS deployment and investment has lagged behind other clean energy technologies. However, new investment incentives and strengthened climate goals are building a renewed momentum behind CCUS. In 2021, over 100 CCUS projects have been announced in over a dozen countries.In order to translate ambition into action, governments and industry can build on this global momentum in four key areas: create favourable investment conditions; coordinate and underwrite industrial hubs and shared infrastructure; encourage CO2 storage development; and boost innovation.
    • L'état de l'art du CCS et du CCUS : description, coût et contraintes - Pierre-Franck Chevet, François Kalaydjian, Guy Maisonnier p. 15-20 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Le CCUS ‒ captage et transport du CO2, suivis de son stockage ou de son utilisation ‒ constitue une option technologique mature, retenue dans la plupart des scénarios visant à limiter le réchauffement planétaire à 1,5°C. Le captage du CO2 peut être opéré sur des centrales électriques ou des unités industrielles existantes ou futures permettant ainsi la décarbonation de la production de ciment, de fer, d'acier ou de produits chimiques. Le CCUS ouvre également la voie à la production d'hydrogène à un faible coût et pour de faibles émissions de carbone. En le combinant avec la bioénergie (BECCS) ou en le mettant en œuvre directement dans l'air (DACCS), le captage du CO2 peut aboutir à des émissions négatives compensant les émissions inévitables ou techniquement difficiles à réduire. En termes de valorisation du CO2 capté, la production de carburants synthétiques semble la solution la plus prometteuse pour répondre aux besoins du secteur aérien. Le déploiement de ces différentes options dépendra néanmoins de leur acceptabilité sociétale, de la réduction des coûts correspondants et des soutiens publics visant à valoriser la réduction des émissions de CO2.
      CCUS ‒ CO2 capture and transport, followed by storage or use ‒ is a mature technology option, which is included in most scenarios aimed at limiting global warming to 1.5°C. CO2 capture can be operated on existing or future power plants or industrial units, thus allowing the decarbonization of cement, iron, steel or chemical production. CCUS also paves the way for low-cost, low-carbon hydrogen production. By combining it with bioenergy (BECCS) or implementing it directly into the air (DACCS), CO2 capture can result in negative emissions that offset unavoidable or technically difficult to reduce emissions. In terms of recovery of captured CO2, the production of synthetic fuels seems to be the most promising solution to meet the needs of the aviation sector. However, the deployment of these different options will depend on their societal acceptability, the reduction of the corresponding costs, and the public support aimed at valorizing the reduction of CO2 emissions.
    • Panorama mondial des potentiels de stockage géologique du CO2 - Isabelle Czernichowski-Lauriol, Christophe Poinssot p. 21-25 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Depuis le rapport spécial du GIEC sur le captage et le stockage du CO2 paru en 2005, lequel indiquait un potentiel mondial de stockage dans les formations géologiques d'au moins 2 000 GtCO2, diverses méthodologies d'estimation des capacités de stockage ont été proposées. De nombreux pays ont estimé leur potentiel de stockage du CO2 sur la base de calculs volumétriques, et une dizaine d'entre eux l'ont consigné dans des atlas. Des estimations plus fines des capacités d'un certain nombre de sites potentiels de stockage ont été réalisées sur la base de simulations dynamiques de l'injection de CO2 dans le réservoir de stockage. Malgré les fortes incertitudes liées notamment au peu de données disponibles sur le sous-sol profond et à l'hétérogénéité naturelle des formations géologiques, les capacités de stockage estimées sont très supérieures aux besoins nécessaires en la matière pour lutter contre le réchauffement climatique.
      Since the 2005 IPCC Special Report on CO2 Capture and Storage, which indicated a global storage potential in geological formations of at least 2000 GtCO2, various methodologies for estimating storage capacities have been proposed. Many countries have estimated their CO2 storage potential, based on volumetric calculations, and about ten of them have developed atlases presenting their CO2 storage potential. For a number of potential storage sites, more precise estimates of storage capacity have been made, based on dynamic simulations of CO2 injection into the storage reservoir. Despite the high uncertainties related to the limited data available on the deep subsurface and the natural heterogeneity of the geological formations, the estimated global storage capacities are much higher than the storage needs to combat climate change.
    • The development of UK CCUS strategy and current plans for large-scale deployment of this technology - Jon Gibbins, Mathieu Lucquiaud p. 26-30 accès réservé avec résumé en anglais
      For over 20 years, carbon capture utilisation and storage (CCUS) has been recognised as a useful tool to help reduce UK national emissions. Over this period the target reduction in greenhouse gas emission rates for 2050 has increased, from 60% to 100%, i.e. net zero. This has led to change in the role envisaged for CCUS, from initially just cutting emissions on coal power plants by around 50%, to the point where capture and secure sequestration of all fossil CO2 emissions is required, either directly at source or indirectly via carbon dioxide removal from the air (CDR). Additional CDR, either through the use of biomass energy with carbon capture and storage (BECCS) or direct air carbon capture and storage (DACCS), will also be required to compensate for other UK greenhouse gas emissions. Potentially over 100 MtCO2/yr of CCUS is needed by 2050. Current UK plans are to establish four CCUS clusters by 2030, capturing and storing a minimum of 10 MtCO2/yr from industry, power, hydrogen production and, potentially, CDR. The UK has a large amount of secure storage capacity for CO2 in geological formations a kilometre or more below the sea bed in the North Sea and the Irish Sea.
  • État de l'art du CCUS et autres procédés de GGR

    • CCUS et charbon ‒ Existe-t-il encore des opportunités de développement pour les centrales au charbon ? - Sylvie Cornot-Gandolphe p. 31-42 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Alors que de plus en plus de gouvernements s'engagent sur la voie de la neutralité carbone d'ici à 2050, sortent du charbon et accélèrent le développement des énergies renouvelables, qu'en est-il des développements CCUS sur les centrales au charbon ? Dans cet article, nous répondons à cette question en expliquant tout d'abord les raisons de l'échec de la première vague de projets CCUS des années 2000, qui était axée principalement sur la capture des émissions des centrales au charbon. Puis, nous examinons l'application du CCUS aux centrales au charbon dans le contexte du regain d'intérêt pour le CCUS depuis 2018. En particulier, les politiques et projets de CCUS dans trois pays clés (États-Unis, Chine et Inde) sont étudiés. Cette analyse montre que le CCUS reste incontournable en Asie pour décarboner un mix électrique dominé par le charbon. Mais sa contribution requiert un signal prix du carbone et des efforts de recherche pour réduire les coûts de la capture du CO2. Cette contribution pourrait néanmoins se réduire face à la fermeture anticipée des centrales de ce type, leur repositionnement sur certaines technologies de rupture et les progrès réalisés en la matière.
      More and more governments have committed to reach net zero carbon emissions by 2050. They are moving away from coal and accelerating the build-up of renewable energies. In this context, what is the development of CCUS on coal-fired power plants? The article answers this question by first explaining the reasons for the failure of the first wave of CCUS projects in the 2000s, which mainly focused on capturing emissions from coal-fired power plants. Then, it examines the application of CCUS on coal-fired power plants in the context of the renewed interest in CCUS since 2018. CCUS policies and projects in three key countries (the United States, China and India) are studied. This analysis shows that CCUS remains essential in Asia for decarbonizing the electricity mix, still largely dominated by coal, but its contribution requires a carbon price signal and research efforts to reduce the costs of CO2 capture. CCUS contribution may be reduced by the early closure of coal-fired power plants, their repositioning, and advances in disruptive technologies.
    • Les projets de CCS en cours chez TotalEnergies - David Nevicato p. 43-49 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Les premiers projets de TotalEnergies en matière de CCS se concentrent sur l'Europe, portés par un contexte favorable au passage du CCS à l'échelle industrielle. Le développement commercial va se poursuivre dans d'autres parties du monde pour nous préparer à la prochaine vague de projets. Pour répondre aux spécificités locales, nous nous appuierons sur notre expérience européenne avec les adaptations nécessaires. Aujourd'hui, nous conduisons des projets majeurs de développement du transport et du stockage du CO2 en Europe : Northern Lights en Norvège, la première chaîne commerciale mondiale de CCS ; Antwerp@C en Belgique, l'un des principaux hubs de CO2 en Europe ; les projets Aramis et Azur aux Pays-Bas, qui portent respectivement sur le stockage de CO2 dans des champs de gaz déplétés ; et la production d'hydrogène bleu dans notre raffinerie de Zeeland ; et, enfin, Net Zero Teesside et le Northern Endurance Partnership au Royaume-Uni, dont l'objet est respectivement le captage du CO2 couplé à un cycle combiné gaz et le stockage du CO2, dans un aquifère salin profond.
      TotalEnergies' CCS first actions are focused on Europe with a strong traction enabling to scale up CCS at an industrial scale. Business development will continue in other parts of the world in line with the growing wave of projects where our European expertise could serve the necessary adaptations. TotalEnergies has expanded its efforts in this domain via several major North Sea projects, such as Northern Lights in Norway, the first worldwide commercial CCS chain, Antwerp@C in Belgium, one of the main CO2 hubs in Europe, the Aramis and Azur projects in the Netherlands, respectively CO2 storage in depleted gas fields and blue hydrogen in a refinery, and finally Net Zero Teesside and the Northern Endurance Partnership in the UK, respectively CO2 capture coupled with gas fired power generation and CO2 storage, in a deep saline aquifer, in the U.K. offshore.
    • ExxonMobil: Carbon capture is critical to attaining society's emission-reduction goals - Joe Blommaert p. 50-52 accès réservé avec résumé en anglais
      Few challenges are more important than meeting the world's growing demand for energy while reducing environmental impacts, including the risks of climate change. ExxonMobil believes carbon capture and storage is an essential technology to help meet this dual challenge, because it is one of the few proven technologies that could enable some sectors to decarbonize, such as manufacturing and heavy industry.ExxonMobil has more than 30 years of experience with CCS technology, including the design, construction and safe operation of carbon capture and storage facilities around the world. Additional opportunities are under evaluation, and they all have the potential to move forward with current technologies, provided stable, supportive policies and regulatory frameworks are established.
    • Les opportunités offertes par le CCUS pour décarboner l'industrie française - Benoit Legait p. 53-56 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Dans l'industrie, le captage et le stockage du CO2 intéressent surtout la sidérurgie et l'industrie cimentière, et permettent des émissions « négatives » pour le gaz carbonique issu de la combustion de la biomasse. En 2050, une quinzaine de Mt CO2eq devraient être captées et stockées, sous réserve de lever plusieurs freins. L'utilisation de CO2 semble surtout prometteuse pour favoriser la croissance des cultures et pour la fabrication d'éthanol ; elle nécessite encore d'accroître les efforts en matière de R&D.
      In industry, CO2 capture and storage is mainly of interest to the steel and cement industries, and allows ‟negative” emissions for carbon dioxide from biomass combustion. In 2050, about 15 Mt CO2eq should be captured and stored, provided that several obstacles are removed. The use of CO2 seems especially promising for crop growth and ethanol production: it still requires increased R&D efforts.
    • Le potentiel du stockage géologique du CO2 par minéralisation - Sylvain Delerce, Éric H. Oelkers p. 57-62 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Depuis le milieu des années 2000, des chercheurs travaillent activement sur le stockage du carbone par minéralisation avec une étape importante franchie en 2016 grâce aux résultats du projet européen CarbFix mené en Islande. Depuis, cette technologie a été déployée au niveau industriel sur la centrale géothermique d'Hellisheiði et combinée avec la capture directe du CO2 dans l'air (DAC en anglais). Dans cet article, nous explorons les mécanismes de la minéralisation pour en évaluer le potentiel dans la lutte contre le changement climatique. L'histoire du projet CarbFix nous permet de mettre en lumière la viabilité de cette méthode et de montrer qu'elle est prête pour son déploiement à grande échelle.
      Since the mid-2000s, researchers have been actively working on carbon storage through mineralization with a major milestone reached in 2016 with the results of the European CarbFix project in Iceland. Since then, this technology has been deployed at an industrial level on the Hellisheiði geothermal power plant and combined with direct air CO2 capture (DAC in English). In this paper, we explore the mechanisms of mineralization to assess its potential in the fight against climate change. The history of the CarbFix project allows us to highlight the viability of this method and show that it is ready for large-scale deployment.
    • Pas de décarbonation du secteur aérien sans la capture et le stockage du CO2 - Dominique Vignon p. 63-66 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l'aviation augmentent de 7 % par an. L'International Air Transport Association (IATA), qui fédère les acteurs du secteur, a annoncé, en septembre 2021, viser l'objectif « Zéro émission nette » en 2050.Outre une meilleure maîtrise de la croissance du trafic, la réduction des émissions de GES passera essentiellement par la mobilisation de carburants substituables au kérosène, dénommés les SAF (synthetic/sustainable aviation fuels) ; l'hydrogène présentant un potentiel limité d'ici à 2050. Or, ces combustibles restent marginalement carbonés, et leur disponibilité n'est pas suffisante pour couvrir tous les besoins du trafic.On estime donc que l'aviation devra recourir à des puits de carbone dès la décennie 2020, et que les émissions à compenser devraient atteindre 1,5 Gt de CO2 par an en 2050. La certification des émissions séquestrées est délicate, d'où la nécessité de la mise en place d'une organisation indépendante de l'industrie.Le besoin en stockage des émissions françaises pour atteindre l'objectif « Zéro émission nette » dépasse les objectifs de la stratégie nationale bas carbone (SNBC).
      Greenhouse gas emissions (GHG) from aviation are increasing by 7% per year. In September 2021, IATA, the industry's organization, announced that it was aiming for ‟zero net emissions” by 2050.In addition to better control of traffic growth, the reduction of emissions will essentially mobilize fuels that can be directly substituted to kerosen, the SAFs (synthetic/sustainable aviation fuels), the potential of hydrogen being limited until 2050. However, SAFs have a marginal carbon content and their availability is not sufficient to cover all traffic.It is therefore estimated that aviation will need to use carbon sinks from the 2020s, which are expected to reach 1.5 Gt of CO2 per year by 2050. The certification of sequestered emissions is tricky, and an organization independent of the industry must be set up.The storage of French emissions to reach the net zero emissions target exceeds the objectives of the SNBC.
    • L'acceptabilité sociale des technologies de captage, de transport, d'utilisation et de stockage du CO2 : un travail d'ajustement réciproque du projet technique et de ses parties prenantes - Jonas Pigeon p. 67-71 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Les technologies de captage, de transport, d'utilisation et de stockage du CO2 (CCUS) permettent de réduire de façon rapide les émissions de gaz à effet de serre du secteur industriel sans transformer en profondeur le modèle socio-économique. Bien que les différentes composantes de ce dispositif technique soient utilisées de longue date dans l'industrie, ce dispositif reste peu développé. Pour les experts du secteur, un des facteurs limitant du développement du CCUS est le faible niveau de son acceptabilité sociale. Dans cet article, nous rappellerons tout d'abord les enjeux conceptuels et épistémologiques se rattachant à la notion d'acceptabilité sociale. À partir de ces éléments, nous analyserons ensuite différents cas de développement des technologies de CCUS. Enfin, sur la base de cette analyse, nous dégagerons les enjeux fondamentaux de l'acceptabilité sociale de ces technologies.
      Carbon Capture, Transport, Utilization and Storage (CCUS) technologies can rapidly reduce greenhouse gas emissions from the industrial sector without fundamentally changing the socio-economic model. Although the various components of this technical device have been used for a long time in industry, it remains underdeveloped. According to sector experts, one of the limiting factors in the development of CCUS is the lack of social acceptance. In this article, we will first recall the conceptual and epistemological issues of the notion of social acceptance. Based on these theoretical materials, we will then analyze different cases of CCUS technology development. This analysis will finally allow us to identify the fundamental issues of the social acceptance of these technologies.
  • Le développement des émissions négatives

    • Le stockage du carbone dans les sols - Claire Chenu, Jean-Luc Chotte, Paul Luu p. 72-77 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      Les sols du monde représentent un très important stock de carbone, environ 2 400 Gt de carbone, sous forme de matières organiques. Une perte, même faible, de ces stocks aurait des conséquences désastreuses pour le climat, alors qu'une petite augmentation de ceux-ci pourrait contribuer à atténuer le changement climatique. Cet article présente les caractéristiques de ce stockage, les pratiques et usages des sols qui peuvent être mobilisés pour protéger les stocks de carbone des sols existants et les augmenter, leur performance, ainsi que les nombreux bénéfices associés en termes de fertilité des sols et donc de sécurité alimentaire, d'adaptation au changement climatique et de services écosystémiques. Mais aussi les barrières à l'implémentation de la technologie considérée et les risques associés. Même si le stockage du carbone dans les sols est une technologie d'émissions négatives à bas coût, largement promue par l'Initiative internationale « 4 pour 1000 », des mesures incitatives sont nécessaires pour permettre d'accroître sa mise en œuvre.
      Soils globally represent a major stock of carbon, approximately 2400 Gt of C, as soil organic matter. While a small loss of this stock would have disastrous consequences for the climate, a small increase could help mitigate climate change. This article presents the characteristics of this storage, the soil management options that can protect and increase the existing soil organic C stocks, the performance of these options, as well as the many associated benefits in terms of soil fertility and therefore food security, adaptation to climate change and ecosystem services, but also the barriers to implementation and associated risks. Even though C storage in soils is a low-cost negative emission technology, as widely promoted by the international ‟4 per 1000” initiative, incentives are truly needed to enable its implementation.
    • Direct Air Capture (DAC) in Germany: resource implications of a possible rollout in 2045 - Simon Block, Peter Viebahn p. 78-82 accès réservé avec résumé en anglais
      Direct Air Capture (DAC) is increasingly being discussed as a possibility to limit climate change. In this study, a possible rollout of the DAC technology at German coastal areas is analysed based on an existing climate neutrality scenario. For the year 2045 the resulting costs as well as land, water and energy consumption are examined. It is concluded that a realization of the DAC technology in Germany might be possible from a technical point of view. However, there is a high demand for land and energy. Since a rollout is needed to start in 20 years at the latest, the required discussion and evaluation should be initiated as quickly as possible.
    • Géo-ingénierie – Perspectives, limites et risques - Ilarion Pavel p. 83-89 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      On désigne par géo-ingénierie un ensemble de technologies qui visent à contrôler le climat terrestre dans le but de lutter contre le réchauffement climatique de la Terre, lequel est causé par les activités humaines, en particulier par les émissions de gaz à effet de serre. On distingue deux grandes familles : la gestion du rayonnement solaire et l'extraction du CO2 atmosphérique. Dans cet article, nous passons en revue ces diverses technologies et analysons leurs limites et leurs risques.
      Geoengineering refers to technologies aiming at controlling the Earth's climate, in order to fight the Earth' global warming caused by human activities, in particular by the emission of greenhouse gases. They can be divided into two classes: management of solar radiation and extraction of atmospheric CO2. The article reviews these various technologies and analyzes their limitations and risks.
    • Géo-ingénierie et gestion du rayonnement solaire - Anni Määttänen p. 90-94 accès réservé avec résumé avec résumé en anglais
      La géo-ingénierie solaire vise à refroidir le climat par la diminution du rayonnement solaire entrant dans le système climatique via la modification de la réflectivité (albédo) de la Terre. Pour ce faire, il a été proposé d'augmenter l'albédo des nuages, de peindre des surfaces en blanc ou d'injecter des particules réfléchissantes dans la stratosphère. La recherche sur ces sujets est active et s'appuie principalement sur des travaux de modélisation numérique. L'application potentielle de ces méthodes soulève des questions sur leur faisabilité technologique, leurs effets secondaires, les incertitudes qui pèsent sur elles, la gouvernance et l'éthique d'interventions de ce type. Dans cet article, nous passons en revue les méthodes de gestion du rayonnement solaire.
      Solar geoengineering aims at cooling the climate by decreasing the solar radiation entering the climate system through changing the reflectivity (albedo) of the Earth. To achieve this, it has been suggested to increase the albedo of clouds, paint surfaces white or inject reflecting particles into the stratosphere. Research on these topics is active and is based mainly on numerical modelling studies. The possible deployment of these methods raises questions on their technological feasibility, side effects, uncertainties, governance and ethics. This article presents a review of the solar radiation management methods.