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

Le processus CSS consiste à collecter le CO₂ émis par les opérations industrielles, les centrales électriques et d’autres sources, puis à le transporter vers un site de stockage, généralement souterrain, où il est stocké de façon permanente. Le CCS est parfois appelé captage, utilisation et stockage du carbone (CCUS), en référence au fait que le carbone capté peut parfois être utilisé comme produit pour faciliter d’autres processus industriels.

Réduire la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère est essentiel pour ralentir le changement climatique. La transition vers des sources d’énergie renouvelables est une étape clé pour atteindre cet objectif. Cependant, les combustibles fossiles continueront de faire partie du mix énergétique mondial pendant encore un certain temps, en raison de leur prévalence et des défis liés à la transition vers des solutions plus durables. Le CSS permet une utilisation plus propre de ces combustibles fossiles en réduisant la quantité de CO₂ qu’ils émettent.

Les principales concentrations d’émissions de CO₂ proviennent de sources ponctuelles importantes, telles que les installations industrielles à grande échelle, les unités de traitement du gaz naturel, les raffineries et les centrales électriques, qui sont des candidats idéaux pour les projets de CCS. En 2022, 46 millions de tonnes de dioxyde de carbone ont été captées et stockées dans le monde. D’ici 2030, ces projets devraient permettre de capter et de stocker 254 millions de tonnes de dioxyde de carbone par an dans le monde.¹ Alors que de plus en plus de pays et d’entreprises cherchent à atteindre zéro émission nette et investissent dans des stratégies d’énergie propre, l’intérêt pour les projets de CSS et la technologie de captage du carbone continue de croître.

Le CSS est un processus en trois étapes qui consiste à capturer, transporter et stocker le dioxyde de carbone (CO2).

Il existe trois principaux types de captage du CO₂ : la postcombustion, la précombustion et l’oxycombustion. Chaque méthode présente ses propres avantages et défis. Le choix dépend de facteurs comme le type de centrale électrique ou d’installation industrielle, les caractéristiques spécifiques du combustible fossile utilisé et les considérations économiques globales.

• Postcombustion : le type de captage du CO₂ le plus courant est la postcombustion, qui capture le CO₂ après la combustion des combustibles fossiles et leur conversion en électricité ou en chaleur. Les gaz de combustion obtenus sont séparés en un flux concentré de CO₂ à l’aide d’un solvant, puis comprimés et transportés pour le stockage. Cette méthode est souvent utilisée lors de la modernisation de centrales électriques existantes.
• Précombustion : la précombustion consiste à éliminer le CO₂ avant que le combustible fossile ne soit brûlé. Le combustible fossile est partiellement oxydé avant la combustion, produisant un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone. De l’eau est ensuite ajoutée pour convertir le monoxyde de carbone en CO₂, qui peut alors être capté et stocké. Cette méthode est plus efficace que le captage postcombustion, mais elle nécessite une configuration plus complexe et plus coûteuse.
• Oxycombustion : cette méthode consiste à brûler des combustibles fossiles dans de l’oxygène pur plutôt que dans de l’air, produisant un gaz de combustion composé principalement de CO₂ et d’eau. Après condensation de la vapeur d’eau, il reste du CO₂ presque pur, qui peut être comprimé et transporté. Ce type de technologie CCS en est encore aux premiers stades de développement et n’est pas encore utilisé à grande échelle.

Une fois le CO₂ capté, il est transporté vers un site de stockage. Cela se fait généralement via des pipelines, en utilisant la même technologie que celle utilisée pour transporter le gaz naturel et le pétrole sur de longues distances. Des bateaux ou des camions peuvent également être utilisés pour des distances plus courtes ou lorsque le terrain est difficile.

Également appelé séquestration ou piégeage du carbone, le stockage du carbone implique des moyens permanents et à long terme pour empêcher la libération du CO₂ dans l’atmosphère. Il existe plusieurs méthodes de stockage du carbone :

• Stockage géologique : il s’agit d’injecter du CO₂ en profondeur dans les formations géologiques, telles que des champs pétroliers ou des réservoirs de gaz épuisés, des veines de charbon inaccessibles ou des aquifères salins. À ce jour, les formations géologiques profondes sont la méthode la plus courante pour le stockage du carbone.
• Stockage océanique : cette méthode consiste à injecter du CO₂ directement dans l’océan à de grandes profondeurs où il se dissout ou forme des composés stables. Toutefois, en raison des préoccupations environnementales liées à l’impact potentiel sur les écosystèmes marins, cette méthode n’est pas considérée comme viable pour le moment.
• Carbonation minière : dans ce procédé, le CO₂ réagit avec certains types de formations rocheuses poreuses pour former des minéraux stables. Ces réactions se produisent naturellement sur des milliers d’années, mais peuvent être accélérées par des procédés industriels. Bien que cette méthode offre une solution permanente pour le stockage du CO₂, elle est actuellement coûteuse et énergivore.
• Séquestration biologique : cette méthode consiste à capturer et à stocker le CO₂ par des moyens naturels. Par exemple, les plantes absorbent le CO₂ pendant leur croissance, stockant le carbone dans leurs fibres et dans le sol. Les stratégies basées sur la biologie comprennent le reboisement et le stockage agricole du carbone (carbon farming), qui maximisent le stockage tout en minimisant les émissions.

Le CO₂ capté et stocké peut soit être conservé en permanence, soit utilisé dans d’autres procédés industriels. La méthode la plus courante d’utilisation du carbone stocké est la récupération assistée du pétrole (EOR). Grâce à cette technique, le CO₂ capté est injecté dans un champ pétrolier pour augmenter la quantité de pétrole brut récupérable.

Les méthodes classiques d’extraction laissent souvent une grande quantité de pétrole dans le sous-sol, mais les projets d’EOR rendent l’extraction plus efficace. Le CO₂ restant sur place, cette technique offre une solution de stockage à long terme.

Bien que cette méthode présente des avantages, elle facilite aussi la poursuite de l'utilisation des combustibles fossiles pour la production d'énergie. C'est pourquoi elle est vue comme une partie d'une stratégie plus large pour la transition vers les sources d'énergie renouvelables et la réduction des émissions, plutôt qu'une solution unique.

Les méthodes de captage du carbone évoquées précédemment s'appliquent généralement aux grandes sources ponctuelles, comme les centrales électriques ou les installations industrielles, et captent les émissions de carbone avant qu'elles ne soient libérées. Cependant, il existe d'autres approches pour capter le carbone déjà présent dans l'atmosphère, appelées élimination du dioxyde de carbone (CDR). Il existe deux méthodes courantes de CDR :

• Le captage et stockage du carbone par bioénergie (BECCS) est une stratégie qui utilise la bioénergie comme source d’énergie au lieu des combustibles fossiles. La biomasse absorbe le CO₂ de l’atmosphère au cours de sa croissance ; lorsqu’elle est brûlée pour produire de l’énergie sous forme de biocarburants, les émissions de CO₂ sont captées et stockées. Cette technologie pourrait ainsi produire des « émissions négatives », car elle peut entraîner une élimination nette de CO₂ de l’atmosphère.
• Le captage et le stockage du dioxyde de carbone dans l’air (DACCS) se concentre sur le captage du CO₂ directement dans l’air, et non à partir d’une source ponctuelle comme une centrale électrique. Les stratégies de captage direct dans l’air (DAC) peuvent également aboutir à des émissions négatives, puisqu’elles visent à éliminer le CO₂ déjà présent dans l’atmosphère.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) des Nations Unies et l'Agence internationale de l'énergie (AIE) ont tous deux indiqué que le CCS est un élément clé de leurs stratégies pour atteindre l'objectif zéro émission nette à l'échelle mondiale d'ici 2050. Différents pays et régions abordent le CCS selon leurs propres stratégies. Voici quelques exemples :

Les États-Unis comptent environ dix installations de CCS à grande échelle, dont le projet Petra Nova au Texas. Il s’agit du plus grand projet de captage de carbone postcombustion au monde, captant plus d’un million de tonnes métriques de CO₂ par an à partir d’une centrale au charbon, et l’utilisant pour la récupération assistée du pétrole (EOR) dans un champ pétrolier voisin. Le gouvernement a mis en place des incitations financières pour encourager les pratiques CCS par le biais du crédit d’impôt 45Q, qui accorde un crédit d’impôt pour chaque tonne métrique de CO₂ capté ou stocké.

Le Canada est également à l’origine de plusieurs projets CCS majeurs, dont le champ de Weyburn-Midale, opérationnel depuis 2000, qui stocke environ 2 millions de tonnes métriques de CO₂ par an. Le gouvernement canadien soutient les pratiques CCS en finançant la recherche et le développement, ainsi qu’en mettant en place des mesures réglementaires incitant à son utilisation dans les exploitations de sables bitumineux.

La Norvège est un pays pionnier en matière de CCS. Le champ de Sleipner, en mer du Nord, capte et stocke du CO₂ depuis 1996, soit l’un des projets CCS parmi les plus anciens. Le CO₂ est séparé du gaz naturel extrait du gisement puis injecté dans des formations salines souterraines. Le gouvernement norvégien finance ces projets, considérant le CCS comme un outil clé pour atteindre ses objectifs climatiques.

En tant que plus grand émetteur de CO₂ au monde, la Chine considère le CCS comme une composante essentielle de sa stratégie de réduction des émissions. Le pays a mis en place plusieurs projets CCS pilotes et investit massivement dans la recherche et le développement. Cependant, le déploiement à grande échelle des procédés CCS en Chine reste encore limité.

L'Union européenne (UE) soutient le CCS par le biais de son système d'échange de quotas d'émission, qui permet de rendre le CCS financièrement attractif en attribuant un prix aux émissions de carbone. Toutefois, les progrès en matière de CCS ont été lents en Europe, avec seulement quelques projets opérationnels.

Malgré son potentiel, le CCS fait face à plusieurs défis. Le coût du captage, du transport et du stockage du CO₂ peut être élevé, et la technologie de captage du carbone en est encore à divers stades de développement. Si les coûts devraient diminuer à mesure que la technologie du CCS progresse, ils constituent encore un obstacle majeur à un déploiement généralisé. Le CCS nécessite également une quantité importante d’énergie, ce qui peut augmenter les émissions globales d’une centrale électrique ou d’une installation industrielle si ce facteur n’est pas bien maîtrisé. C’est ce qu’on appelle la « pénalité énergétique » du CCS.

L’expansion du CCS est également limitée par la géographie : toutes les régions ne disposent pas de sites appropriés pour le stockage du CO₂ et la faisabilité de la création de nouveaux sites est limitée. La stabilité à long terme des sites de stockage permanent ainsi que le risque de fuites suscitent aussi des inquiétudes. Bien que ce risque soit jugé faible, une fuite pourrait compromettre l’efficacité des techniques CCS en matière de réduction des émissions et d’atténuation du changement climatique. Cependant, avec l’évolution des technologies énergétiques et l’amélioration de la rentabilité des projets, le CCS est amené à jouer un rôle clé dans la gestion des émissions de carbone des principaux producteurs.