Et si nous considérions le CO2 comme une ressource ?

Jan, merci de nous accorder un peu de ton temps. Pour ceux qui n'ont pas eu la chance d'écouter ta présentation la semaine dernière, nous avons fait une petite sélection et nous avons quelques questions...

Bien sûr, allons-y ! 

Tout d'abord, quelles sont selon toi les principales pistes d’action pour atteindre la neutralité carbone ?

C'est une question très vaste, mais nous pouvons facilement la classer en trois grandes catégories. La première est assez évidente et concerne la poursuite de l’augmentation de l’efficacité énergétique. Il s’agit de faire la même chose, voire plus, avec moins d’énergie. C'est un processus initié depuis quelques décennies, mais nous devons continuer à accélérer !

Et quelle est la deuxième voie ?

Le deuxième domaine d’amélioration consiste à électrifier autant que possible. L’exemple que tout le monde connaît est celui de la voiture électrique qui remplace de plus en plus les véhicules thermiques. Mais il existe bien d’autres exemples, comme le remplacement progressif des chaudières à gaz dans les bâtiments par des systèmes de pompes à chaleur, ou l’adaptation des procédés industriels pour utiliser davantage de fours électriques, par exemple. Et si nous parvenons à alimenter ces cas d'usage avec de l’électricité produite de manière neutre en carbone (c’est-à-dire grâce à des énergies renouvelables), les économies de CO2 sont encore plus importantes.

Reste donc la troisième catégorie...

Cette catégorie concerne les secteurs dits « difficiles à réduire », où il est compliqué de remplacer les technologies fossiles. L'aviation en est un excellent exemple. Un avion électrique devrait transporter des batteries si lourdes et si encombrantes qu'il n'y aurait plus de place pour les passagers ou le fret, et son autonomie serait beaucoup plus courte que ce que permettent les réservoirs de kérosène de nos gros jets. Dans ces cas-là, on peut cependant progresser en remplaçant les énergies fossiles par des molécules identiques synthétisées à partir d’électricité et de CO2. C'est ce qu'on appelle souvent le "power to molecules" ou comment transformer l'électricité en molécules qui seront encore nécessaires là où l'électricité n'est pas utilisable. L’hydrogène, issu par exemple d’électricité renouvelable, est souvent une molécule intermédiaire dans ce type de conversions chimiques. 

En remplaçant le méthane fossile (CH4) par du méthane synthétique obtenu à partir de CO2 et d’hydrogène, nous pouvons réduire globalement la quantité de CO2 rejetée dans l’atmosphère. L’origine du CO2 est un paramètre crucial pour estimer le montant exact des économies de CO2, et si on utilise du CO2 biogénique ou atmosphérique on peut atteindre une neutralité carbone totale !

C'est ce à quoi tu fais allusion quand tu écris « Restez calme et regardez la chimie faire tout le travail » ? 

Exactement. La chimie est une merveilleuse alliée car elle permet de transformer les polluants en molécules utiles. La combinaison du CO2 et de l’hydrogène (H2), facile à produire en grande quantité avec de l’électricité renouvelable, permet de synthétiser des carburants comme le méthane (CH4) ou le kérosène, ainsi que d’autres molécules et produits chimiques utiles comme le méthanol.

C'est aussi simple que ça ?

Sur le principe, oui. Les réactions chimiques sont bien connues et les procédés existent à l'échelle industrielle. Même les technologies de conversion biologique sont aujourd’hui testées.  Le seul frein est le coût. Le coût de captage et de préparation du CO2, combiné au coût de synthèse de l’hydrogène, fait que les molécules produites, comme le méthane, restent 3 à 5 fois plus chères que l'utilisation de méthane fossile, qui sort littéralement de terre dans certaines régions du monde. En d’autres termes, la « prime verte », la différence de prix pour utiliser des combustibles « neutres en carbone » au lieu de combustibles fossiles, signifie qu’aujourd’hui nous ne pouvons pas nous permettre d’utiliser ces molécules électroniques.

Nous venons de parler de l’hydrogène, compagnon indispensable du CO2 sur la voie des e-carburants. Comment pouvons-nous l’obtenir dans les quantités nécessaires ? Et quels sont les défis techniques associés ?

En appliquant un courant électrique entre deux électrodes immergées dans l’eau, nous générons à la fois de l’oxygène et de l’hydrogène. Dans certaines régions du monde, l'énergie renouvelable est ou sera produite en grande quantité (via des panneaux solaires ou des éoliennes) et pourra être utilisées pour produire de l'hydrogène de manière économiquement compétitive. 

L'hydrogène produit ainsi, appelé hydrogène « vert », peut être produit en grande quantité là où de l'électricité renouvelable bon marché est disponible. Comme nous venons de le dire, sa combinaison avec le CO2 ouvre la voie à une série de molécules très utiles, comme l'e-méthane, l'e-kérosène ou l'e-méthanol. L’hydrogène étant la plus petite molécule sur Terre, son transport est très difficile et coûteux. Il nécessite également la création de nouvelles infrastructures. Alors que si on le combine avec du CO2, ces molécules (e-méthane, e-méthanol, …) sont beaucoup plus faciles à transporter d'autant que nous pouvons utiliser les infrastructures existantes pour le faire !

Merci pour cette mise au point sur les « électrons et molécules ». Au cours de ta conférence, tu mentionnais qu’il ne s’agit pas uniquement de CO₂, les problèmes collatéraux étant les métaux et l’eau. Peux-tu nous en dire plus ?

Sur les métaux d’abord : à mesure que nous produisons davantage d’électricité renouvelable et si nous électrisons autant que nous le pouvons, la quantité de minéraux et de métaux nécessaires à la fabrication de batteries, d’éoliennes ou de panneaux photovoltaïques augmente également fortement. C’est pourquoi nous devrions réfléchir à la manière dont nous pouvons accéder à ces minéraux et métaux ou les exploiter de manière durable sur le plan environnemental et éthique. Si l’on considère d’abord leur origine, on constate que les 3 ou 4 principaux proviennent de pays relativement instables d'un point de vue géopolitique et situés hors d’Europe. De plus, si l’on regarde où ils sont transformés en batteries ou en panneaux photovoltaïques, c’est encore pire car nous sommes entièrement dépendants d’un seul pays : la Chine. Par conséquent, atténuer notre vulnérabilité face à la chaîne d’approvisionnement critique en matières premières est une préoccupation primordiale.

Et qu'en est-il de l'eau ? 

Concernant l’eau, nous ne pouvons pas oublier que le monde a besoin d’eau potable, tout comme de nombreux processus énergétiques, et que nous devons nous comporter comme des concurrents responsables. Un aspect positif est qu’avec moins de centrales thermiques fossiles nous réduirons nos besoins en eau de refroidissement. Mais d’un autre côté, l’extraction de davantage de métaux et de minéraux signifie également un besoin accru en eau. De plus, la production d’hydrogène que nous venons de mentionner commence également avec de l’eau. 

Un autre dilemme est que les régions ensoleillées, idéales pour la production d’énergie renouvelable bon marché (photovoltaïque), sont souvent arides et manquent d'eau. L’idéal est de trouver des lieux où les énergies renouvelables, le dessalement, la production d’hydrogène et la création de molécules de synthèse utilisant le CO₂ peuvent travailler ensemble. 

Dernière question : ne dépend-on pas de trop de technologies non matures pour réaliser tout cela ?

L’adoption de technologies non matures s’accélère à un rythme inattendu. Ce sur quoi nous devons nous concentrer, c’est une mise à l’échelle encore plus rapide des technologies. Beaucoup sont disponibles dans les laboratoires de recherche, dans les universités, dans les startups… mais pas encore à l’échelle industrielle. Le défi n’est donc pas vraiment d’inventer de nouvelles technologies, mais plutôt de les rendre toutes plus compétitives en termes de coûts par rapport aux alternatives fossiles, afin d’écraser tous les arguments. Et comme je le dis toujours : « Nous ne pourrons pas blâmer la technologie si nous ne réussissons pas ».

Merci Jan !

Pour en savoir plus sur la KBC Winterschool , consultez l'interview de Bart Ghysels expert en chimie de l'eau chez Laborelec.