Blog

Sep 18, 2023

Qu'est-ce que le captage et le stockage du carbone (CSC) ?

Treehugger / Julie Bang Le captage et le stockage du carbone (CSC) est le processus de

Treehugger / Julie Bang

La capture et le stockage du carbone (CSC) est le processus de capture directe du gaz carbonique (CO2) des centrales électriques au charbon ou d'autres processus industriels. Son objectif principal est d'empêcher le CO2 de pénétrer dans l'atmosphère terrestre et d'aggraver davantage les effets de l'excès de gaz à effet de serre. Le CO2 capturé est transporté et stocké dans des formations géologiques souterraines.

Il existe trois types de CSC : le captage pré-combustion, le captage post-combustion et l'oxycombustion. Chaque processus utilise une approche très différente pour réduire la quantité de CO2 provenant de la combustion de combustibles fossiles.

Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz incolore et inodore dans des conditions atmosphériques normales. Il est produit par la respiration des animaux, des champignons et des micro-organismes, et utilisé par la plupart des organismes photosynthétiques pour créer de l'oxygène. Il est également produit par la combustion de combustibles fossiles tels que le charbon et le gaz naturel.

Le CO2 est le gaz à effet de serre le plus abondant dans l'atmosphère terrestre après la vapeur d'eau. Sa capacité à piéger la chaleur permet de réguler les températures et de rendre la planète habitable. Cependant, les activités humaines telles que la combustion de combustibles fossiles ont libéré trop de gaz à effet de serre. Les niveaux excessifs de CO2 sont le principal moteur du réchauffement climatique.

L'Agence internationale de l'énergie, qui collecte des données énergétiques du monde entier, estime que la capacité de captage du CO2 pourrait atteindre 130 millions de tonnes de CO2 par an si les projets de nouvelle technologie de CSC progressent. À partir de 2021, plus de 30 nouvelles installations CCS sont prévues pour les États-Unis, l'Europe, l'Australie, la Chine, la Corée, le Moyen-Orient et la Nouvelle-Zélande.

Il existe trois voies pour réaliser la capture du carbone à des sources ponctuelles telles que les centrales électriques. Parce qu'environ un tiers de toutes les émissions de CO2 produites par l'homme proviennent de ces plantes, il y a une grande quantité de recherche et de développement en cours pour rendre ces processus plus efficaces.

Chaque type de système de CSC utilise des techniques différentes pour atteindre l'objectif de réduction du CO2 atmosphérique, mais tous doivent suivre trois étapes de base : la capture, le transport et le stockage du carbone.

Le premier type de captage du carbone, et le plus largement utilisé, est la post-combustion. Dans ce processus, le carburant et l'air se combinent dans une centrale électrique pour chauffer l'eau dans une chaudière. La vapeur produite fait tourner des turbines qui créent de l'énergie. Lorsque les gaz de combustion quittent la chaudière, le CO2 est séparé des autres composants du gaz. Certains de ces composants faisaient déjà partie de l'air utilisé pour la combustion, et certains sont des produits de la combustion elle-même.

Il existe actuellement trois manières principales de séparer le CO2 des fumées lors du captage post-combustion. Dans la capture à base de solvant, le CO2 est absorbé dans un support liquide comme une solution d'amine. Le liquide d'absorption est ensuite chauffé ou dépressurisé afin de libérer le CO2 du liquide. Le liquide est ensuite réutilisé, tandis que le CO2 est comprimé et refroidi sous forme liquide afin de pouvoir être transporté et stocké.

L'utilisation d'un sorbant solide pour capter le CO2 implique l'adsorption physique ou chimique du gaz. Le sorbant solide est ensuite séparé du CO2 en diminuant la pression ou en augmentant la température. Comme dans la capture à base de solvant, le CO2 qui est isolé dans la capture à base de sorbant est comprimé.

Dans le captage du CO2 par membrane, les gaz de combustion sont refroidis et comprimés, puis acheminés à travers des membranes en matériaux perméables ou semi-perméables. Tirés par des pompes à vide, les gaz de combustion traversent les membranes qui séparent physiquement le CO2 des autres composants des gaz de combustion.

La capture du CO2 avant la combustion prend un combustible à base de carbone et le fait réagir avec de la vapeur et de l'oxygène gazeux (O2) pour créer un combustible gazeux appelé gaz de synthèse (gaz de synthèse). Le CO2 est ensuite éliminé du gaz de synthèse selon les mêmes méthodes que le captage post-combustion.

L'élimination de l'azote de l'air qui alimente la combustion des combustibles fossiles est la première étape du processus d'oxycombustion. Ce qui reste est de l'O2 presque pur, qui est utilisé pour brûler le carburant. Le CO2 est ensuite éliminé des fumées selon les mêmes méthodes que le captage post-combustion.

Une fois le CO2 capté et compressé sous forme liquide, il doit être transporté vers un site d'injection souterraine. Ce stockage permanent, ou séquestration, dans des gisements de pétrole et de gaz épuisés, des veines de charbon ou des formations salines, est nécessaire pour enfermer le CO2 en toute sécurité. Le transport se fait le plus souvent par pipeline, mais pour les petits projets, des camions, des trains et des navires peuvent être utilisés.

Le stockage du CO2 doit se produire dans des formations géologiques spécifiques pour réussir. Le département américain de l'énergie étudie cinq types de formations pour voir s'il s'agit de moyens sûrs, durables et abordables de stocker en permanence le CO2 sous terre. Ces formations comprennent des veines de charbon qui ne peuvent pas être exploitées, des réservoirs de pétrole et de gaz naturel, des formations de basalte, des formations salines et des schistes riches en matières organiques. Le CO2 doit être transformé en un fluide supercritique, ce qui signifie qu'il doit être chauffé et pressurisé selon certaines spécifications, afin d'être stocké. Cet état supercritique lui permet de prendre beaucoup moins de place que s'il était stocké à température et pression normales. Le CO2 est alors injecté par une conduite profonde où il est piégé dans des couches rocheuses.

Il existe actuellement plusieurs installations de stockage de CO2 à l'échelle commerciale dans le monde. Le site de stockage de CO2 de Sleipner en Norvège et le projet de CO2 de Weyburn-Midale injectent avec succès plus d'un million de tonnes métriques de CO2 depuis de nombreuses années. Des efforts de stockage actifs sont également en cours en Europe, en Chine et en Australie.

Le premier projet commercial de stockage de CO2 a été construit en 1996 en mer du Nord au large de la Norvège. L'unité de traitement et de capture du gaz CO2 de Sleipner extrait le CO2 du gaz naturel produit dans le champ Sleipner West, puis le réinjecte dans une formation de grès de 600 pieds d'épaisseur. Depuis le début du projet, plus de 15 millions de tonnes de CO2 ont été injectées dans la Formation d'Utsira, qui pourrait à terme contenir 600 milliards de tonnes de CO2. Le coût le plus récent de l'injection de CO2 sur le site était d'environ 17 $ par tonne de CO2.

Au Canada, les scientifiques estiment que le projet de surveillance et de stockage du CO2 de Weyburn-Midale pourra stocker plus de 40 millions de tonnes de CO2 dans les deux champs pétrolifères où il est situé en Saskatchewan. Chaque année, environ 2,8 millions de tonnes de CO2 sont ajoutées aux deux réservoirs. Le coût le plus récent de l'injection de CO2 sur le site était de 20 $ par tonne de CO2.

Avantages:

Les inconvénients:

« Captage, utilisation et stockage du carbone ». L'Agence internationale de l'énergie.

"Rapport sur la situation mondiale de l'énergie et du CO2 2019." Agence internationale de l'énergie.

Wang, Yuan et al. "Un examen des technologies de capture de CO2 post-combustion des centrales électriques au charbon." Energy Procedia, vol. 114, 2017, p. 650-665., doi:10.1016/j.egypro.2017.03.1209

"Capture et séquestration du dioxyde de carbone : vue d'ensemble." Agence de Protection de l'Environnement.

« FAQ sur le stockage du carbone ». National Energy Technology Laboratory du Département de l'énergie des États-Unis.

"Fiche d'information Sleipner : Projet de capture et de stockage du dioxyde de carbone." Technologies de capture et de séquestration du carbone au Massachusetts Institute of Technology.

Whittaker, S., et al. "Une décennie d'injection de CO2 dans les champs pétrolifères en voie d'épuisement : activités de surveillance et de recherche du projet de surveillance et de stockage du CO2 de l'IEA GHG Weyburn-Midale." Energy Procedia, vol. 4, 2011, p. 6069-6076., doi:10.1016/j.egypro.2011.02.612

Sacuta, Norm, et al. "Projet de surveillance et de stockage du CO₂ de Weyburn-Midale de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) pour les gaz à effet de serre (GES)." Département de l'énergie des États-Unis, 2015., doi : 10.2172/1235550

"Fiche d'information Weyburn-Midale : Projet de capture et de stockage du dioxyde de carbone." Technologies de capture et de séquestration du carbone.

Leung, Dennis YC, et al. "Un aperçu de l'état actuel des technologies de capture et de stockage du dioxyde de carbone." Revues des énergies renouvelables et durables, vol. 39, 2014, p. 426-443., doi:https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.093

Budinis, Sara, et al. "Une évaluation des coûts, des obstacles et du potentiel du CCS." Examens de la stratégie énergétique, vol. 22, 2018, p. 61-81., doi:10.1016/j.esr.2018.08.003