Captage et valorisation du carbone : les innovations-clés d’une économie décarbonée

De nombreux pays se sont fixé de nouveaux objectifs ces dernières années dans le but de développer une économie neutre en carbone. Et pour y parvenir, les énergies renouvelables ont un rôle majeur à jouer. Pour atteindre le zéro émission nette d’ici 2050, comme les gouvernements du monde entier l’ont promis, il semble aujourd’hui nécessaire d’accélérer le rythme de production, de distribution et d’utilisation de panneaux solaires, de l’éolien et d’autres sources d’énergie renouvelable.

Certes, le secteur des énergies renouvelables a connu une croissance spectaculaire au cours de la dernière décennie, mais cela ne sera pas suffisant pour réaliser la transition énergétique en temps voulu.

Selon les experts, la décarbonation de certains secteurs de l’économie sera en effet extrêmement difficile et coûteuse. Les industries lourdes, la production d’engrais et le transport long-courrier, par exemple, devraient à terme passer à l'hydrogène, mais la technologie permettant de concrétiser cette transition est encore loin d’être maîtrisée. D'autres industries, comme celle du ciment, pourraient s’avérer très difficiles à décarboner même après un passage à l'hydrogène.

En résumé, si nous ne trouvons pas d’autres moyens de réduire les émissions de ces secteurs, il faudra faire une croix sur nos objectifs de zéro émission nette.

Mais une technologie pourrait nous permettre d’éviter ce scénario catastrophe et de décarboner les industries lourdes : le captage et le stockage du carbone (CSC ou CCUS).

Elle comprend un panel de nouvelles technologies capables d’éliminer le dioxyde de carbone de l'air et ainsi l'empêcher de contribuer au réchauffement climatique. Par exemple, des filtres à solvant spéciaux pourraient être appliqués sur les cheminées d'usines à fortes émissions afin de piéger le CO2 avant qu'il n'atteigne l'atmosphère et le garder enfermé ainsi. Plus rares, certaines technologies pourraient même éliminer le CO2 directement de l'air.

Pourtant, les processus de captage ne représentent qu’un maillon de la chaîne. Comment le carbone capturé est-il ensuite transporté, stocké et réutilisé ? En réponse à ces problématiques, nous assistons aujourd’hui à l’émergence d’une vague d'innovations intéressantes dans ces différents domaines :

• L’une des solutions consiste à comprimer le carbone, puis à le rejeter là d'où il vient, c’est-à-dire profondément sous terre. La nature offre de nombreux sites géologiques parfaits pour stocker le carbone : idéalement, des roches poreuses entourées d'une couche de roches imperméables qui agissent comme un joint hermétique – ce que l’on trouve par exemple dans certaines formations de grès et certains réservoirs de pétrole. Mais paradoxalement, pomper du carbone sous terre nécessite beaucoup d'énergie et des fuites pourraient compromettre tous ces efforts.
• Le CO2 capté peut être utilisé pour produire des carburants synthétiques – le principal étant le e-méthane (méthane synthétique), similaire au méthane fossile. Il pourrait s’agir d’une solution provisoire, le temps de s’éloigner progressivement du pétrole, du gaz, du charbon et autres carburants à émissions de gaz à effet de serre dont nous dépendons toujours aujourd’hui. L'utilisation du carbone capturé et d'autres éléments pour créer de nouveaux carburants pourrait réduire considérablement leur empreinte environnementale.
• Un certain nombre d'entreprises, telles que Blue Planet et The Los Gatos, transforment déjà le carbone capturé en roches carbonatées, qui peuvent être utilisées pour produire des matériaux de construction comme le béton. Contrairement aux carburants, qui libéreraient immédiatement le carbone, le béton l’emprisonnerait pendant de nombreuses années.

Récemment, des solutions émergentes se sont emparées du sujet en promettant non seulement de capturer le carbone, mais aussi de le valoriser.

Plusieurs startups ont ainsi déjà commencé à injecter le CO2 dans des boucles créatives de l'économie circulaire – en produisant des plastiques, en faisant pousser des plantes en serre, en fabriquant des boissons pétillantes, et bien plus encore, tout en sautant l'étape et le problème du stockage. Voici quelques-unes des idées les plus ingénieuses :

• La société britannique Deep Branch a développé un procédé pour remplacer les aliments pour animaux à base de soja par des protéines à base de dioxyde de carbone recyclé, ce qui permettrait de résoudre deux casse-têtes environnementaux d’un coup. Les cultures de soja sont liées à la déforestation dans certaines parties du monde, y compris l'Amazonie, et la demande mondiale pour ce produit ne cesse de croître depuis des années – en partie à cause de son utilisation dans l'alimentation animale. Avec cette alternative proposée par Deep Branch, le carbone capté aux sources émettrices passe par un processus de fermentation qui produit une protéine de grande valeur pouvant être utilisée pour nourrir les animaux et ce, sans avoir besoin de terres arables.
  
  
  
  
  

• Dans la même optique, la société californienne Kiverdi a développé une technologie qui emprisonne le carbone et le transforme en nutriments et bio-produits, tels que la farine de poisson. Celle-ci est généralement faite à partir de poissons sauvages, ce qui signifie que la production à grande échelle de farine de poisson pour répondre à la demande mondiale croissante pour les fruits de mer pourrait conduire à la surpêche et menacer des écosystèmes entiers. Cependant, les bioréacteurs exclusifs de Kiverdi – alimentés par des énergies renouvelables – peuvent transformer le CO2 en nutriments qui, mélangés à d'autres ingrédients, produise une farine de poisson durable, à prix compétitif, et, selon la société, dotée de la même valeur nutritionnelle que son équivalent traditionnel.
  
  
  
  
• L'industrie textile est responsable de pas moins de 1,2 milliard de tonnes de CO2 par an, soit presque autant que l’ensemble de l'industrie automobile. Pas étonnant donc, que dans ce secteur, l'innovation verte soit aussi en effervescence. La société néerlandaise DyeCoo a développé une technologie pour remplacer l'eau et la vapeur normalement utilisées pour teindre les vêtements et les tissus avec du CO2 capté. DyeCoo pressurise le CO2, le transformant en CO2 supercritique – un état dans lequel il facilite la dissolution du colorant et sa diffusion dans la fibre des textiles.
  
  
  
  
  
  
  
• Coty et LanzaTech ont également trouvé des applications au captage de carbone dans l'industrie du parfum. Les fragrances ont généralement besoin d'éthanol, car celui-ci permet au parfum de se disperser. Mais l’éthanol est produit à partir d'éthène grâce à une réaction très gourmande en combustibles fossiles, ou bien à partir de sources naturelles comme la canne à sucre, qui nécessite l'utilisation de terres arables – ce qui a un impact certain sur l’environnement. Les deux entreprises ont pourtant trouvé un moyen de créer de l'éthanol à partir de carbone capté et sont en train d'introduire ce nouvel ingrédient dans les parfums qu'elles produisent pour Lacoste, Calvin Klein et d'autres grandes marques.
  
  
  
• Expedition Air, une nouvelle boutique en ligne canadienne a commencé à vendre des produits fabriqués au moins en partie par des émissions de carbone captées. Basé à Calgary, Expedition Air, vend 22 articles différents fabriqués à partir de dioxyde de carbone recyclé : des stylos à des tapis de yoga en passant par des crayons. Chaque produit fait office de mini-puits de carbone et est composé d’une poudre dérivée du dioxyde de carbone capté dans une usine de gaz naturel à Calgary. À l'exception des produits haut de gamme comme les stylos en béton, ils se vendent également à des prix compétitifs.
  
  
  
  

L’œil de l’expert ENGIE - Samuel Saysset, Lead Techno Advisor et ENGIE Global Expert

« Transformer le CO2 en profits peut sembler futuriste, et pourtant, au cours des dernières années, les technologues ont déjà proposé des solutions innovantes qui nous ont permis de faire d'énormes progrès dans ce domaine. Par exemple, Expedition Air est la division des produits de consommation de Carbon Upcycling Technologies, qui a développé une technologie de capture et d'utilisation du carbone (CCU) produisant des nanoparticules à partir d'émissions de CO2 pour une utilisation dans le béton, les revêtements anticorrosion, les nouveaux plastiques, les adhésifs, et d'autres produits.

Il existe de nombreuses autres initiatives et entreprises qui transforment déjà le CO2 en produits valorisés, tels que les matériaux de construction (CarbonCure, CarbonBuilt…), les produits chimiques et les carburants (Dimensional Energy, SkyNRJ…) ou encore les protéines (Solar Food, Avecom…). Ils combinent tous des ressources abondantes (énergies renouvelables, CO2, eau et air).

Les émissions industrielles de CO2 (centrales électriques, cimenteries et usines sidérurgiques…) peuvent bien sûr être une source importante de carbone, mais une partie du carbone fourni à Carbon Upcycling, par exemple, provient de l'air (Direct Air Capture par des entreprises comme Carbon Engineering). La valorisation du sous-produit CO2 issu de la valorisation du biogaz peut également être envisagée.

L’accueil réservé par le public à ces produits va être déterminant. Un important sondage[1] réalisé auprès de 2000 personnes aux États-Unis visait à évaluer leur perception de ces produits à base de dioxyde de carbone. L’enquête a révélé que 69% des participants étaient au moins ouverts à l’idée d’acheter ou utiliser des produits issus de CCU.

Même si un produit agit comme un puits de carbone, l'achat d'un savon ou d'un stylo ne fera pas une grande différence dans la lutte contre le changement climatique. Le succès des produits CO2 peut dépendre de la quantité et de la durée de stockage du CO2 (il subsiste des questions concernant le carbone et ce qu’il devient lorsque le produit est utilisé...), ainsi que de la quantité de CO2 supplémentaire qui sera émise lors de la production de ces matériaux (Analyse du cycle de vie – une ACV sera requise au cas par cas). Qu'il s'agisse de jardinières en béton, de tapis de yoga, de crayons de couleur ou de peintures, il n'y a pas de limite à la mise en œuvre des matériaux dérivés du dioxyde de carbone. Créer des produits et des modèles commerciaux innovants inspirés par le changement climatique et se pencher sur des produits à émissions négatives nettes pourrait devenir la nouvelle norme… ».