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1 Séquestration du CO2 Par Claude Acket Résumé . Le gaz carbonique est le princ

1 Séquestration du CO2 Par Claude Acket Résumé . Le gaz carbonique est le principal gaz associé à l’action humaine, ayant des conséquences sur l’effet de serre. En faisant appel aux combustibles fossiles, l’homme en émet chaque année, environ 26 milliards de tonnes. Seule la moitié de ces rejets est absorbée par la nature (océans, biomasse) le reste (environ 13 milliards de tonnes de CO2) vient, avec un temps de résidence au moins égal au siècle, renforcer l’effet de serre de l’atmosphère. Pour ne pas renforcer l’effet de serre et ses conséquences climatiques, il faudrait que les rejets annuels se limitent à 13 milliards de tonnes de CO2 Afin de réduire ces émissions de CO2, deux premières voies d’action se dégagent : la maîtrise de la consommation d'énergie et le développement de technologies ne produisant pas, ou très peu, de gaz à effet de serre, comme par exemple les énergies renouvelables ou le nucléaire. En complément, une option technologique pourrait être très prometteuse: le captage et le stockage géologique du CO2. L’ensemble des opérations, consiste à : capter le CO2 produit par les installations industrielles dites stationnaires, parmi lesquelles essentiellement les centrales électriques brûlant du charbon, transporter le CO2 ainsi capté vers un lieu de stockage, l’injecter dans des structures géologiques adéquates pour l’y stocker sur des périodes de temps longues, de quelques siècles, qui permettent au moins de dépasser l’ère d’utilisation massive des énergies fossiles. Par la suite, un relâchement progressif et contrôlé du CO2 stocké pourrait se faire sans inconvénient Pour être significatif et à l’échelle du défi qui se présente, ce sont comme ordre de grandeur plus de 10 Milliards de tonnes de CO2 par an qu’il faudrait, au niveau mondial séquestrer. Le captage-stockage de CO2 est réalisable, de nombreuses installations tests le prouvent, de nombreux projets sont en voie d’aboutir. Le captage–stockage de CO2, restera, même si de nombreux progrès sont à entrevoir, une opération coûteuse sur les plans énergétique et financier et donc ne sera réalisé à grande échelle que si des taxes significatives sont imposées aux rejets de CO2 à l’atmosphère. Les questions de droit et d’acceptabilité par les populations se posent. Seront-elles des obstacles insurmontables ? 2 Séquestration du CO2 1 Capter Transporter et Stocker le CO2 A) Pourquoi envisager la séquestration du CO2 Le gaz carbonique est le principal gaz, associé à l’action humaine, qui intervient sur l’effet de serre. En faisant appel aux combustibles fossiles, l’homme en émet chaque année, environ 26 milliards de tonnes. Seule la moitié de ces rejets est absorbée par la nature (océans, biomasse) le reste (environ 13 milliards de tonnes de CO2) vient renforcer l‘effet de serre de l’atmosphère et ceci pour plus de 100 ans. Pour limiter efficacement l’effet de serre et ses conséquences climatiques, il faudrait que les rejets annuels en 2050, se limitent à 13 milliards de tonnes de CO2 (objectif dit facteur 2 mondial) Il faudrait donc, que les rejets issus des combustibles fossiles décroissent, or ces combustibles continueront probablement d’avoir une place prédominante pour répondre à nos besoins énergétiques, comme le montre le schéma ci-dessous. 1 Références : - Conférence de Paul Broutin (Chef de Projet IFP, Coordinateur du Projet Capture du CO2 au sein du Projet Européen « CASTOR ») le 11/10/2007 à l’IFP Solaize - Conférence de Jacques Bouchard : « Politique et défis énergétiques « 19/01/ 2005 SFEN Lyon 3 Schéma 1: de l’importance relative des combustibles fossiles comme sources d’énergie. Va-t-on, dès 2030, rejeter près de 50 Milliards de tonnes de CO2 ? Nous en prenons le chemin. Par exemple, l’Agence internationale de l’Energie (AIE) comme l’agence américaine gouvernementale d’information sur l’Energie (EIA) prédisent à l’horizon 2030 une croissance de la consommation mondiale d’énergie de 57%, croissance dopée par le développement de la Chine et l’Inde, croissance basée essentiellement sur ces combustibles fossiles. Au-delà, de nombreux scénarios sont envisagés, nous n’en citerons que 2, avec comme date repère le milieu du siècle : l’année 2050. - le scénario repéré A2 Dans la continuité « business as usual », ce scénario maintient la prédominance des combustibles fossiles pour 73 % du total avec la répartition : charbon 7,8 Mtep (devenu n° 1) gaz pour 4,8 Mtep et pétrole pour 4,3 Mtep. Ceci donnerait un total de 18,1 Mtep en combustibles fossiles (soit pratiquement le double de 2005 2 et l’émission correspondante serait proche de 60 milliards de tonnes de CO2. - le scénario repéré B Ce scénario s’écarte de la continuité, avec un effort d’économie d’énergie de 20 %, un appel plus important aux sources d’énergie non émettrices de CO2 (renouvelables et nucléaire). Ainsi les combustibles fossiles n’assurent plus que (mais encore) 63 % de l’énergie primaire à la production avec un total de 12,6 Mtep avec la répartition : gaz : 4,5 Mtep ; charbon : 4,1 Mtep et pétrole : 4 Mtep. L’émission correspondante est plus faible, mais à 43 milliards de tonnes de CO2, elle reste encore très supérieure à l’objectif de 13 milliards. 2 En 2005, les combustibles fossiles assuraient 82% du total de la fourniture d’énergie primaire avec la répartition : Pétrole 4 Mtep, Charbon 2,8 Mtep Gaz 2,.3 Mtep. 4 Peut-on aller plus loin dans les économies d’énergie, dans l’appel à des sources non, ou très peu, émettrices de CO2, comme les renouvelables et le nucléaire ? Il faut le souhaiter, mais n’est ce pas utopique d’espérer par ces voies approcher le facteur 2 ? En complément, une autre voie s’ouvre : le captage et le stockage géologique du CO2, qui pourrait s’appliquer aux émetteurs principaux dits stationnaires, parmi lesquels essentiellement les producteurs d’électricité brûlant du charbon. Le CO2 produit par ces installations serait capté et réinjecté dans le sous sol. Mais, pour être significatif et à l’échelle du défi qui se présente, ce sont comme ordre de grandeur plus de 10 milliards de tonnes de CO2 par an qu’il faudrait séquestrer au niveau mondial B) Quelles technologies pour capter le CO2 ? B 1) Les pistes Le premier problème à résoudre, est la présence de 4/5 d’azote dans l’air qui va servir à la combustion. Il faut le séparer, car on ne va pas encombrer les sites de stockage par un gaz inoffensif. Deux orientations sont possibles : - Agir sur le mélange après combustion de l’air, le CO2 sera extrait à partir des fumées chaudes sortant de la chaudière. - Agir avant combustion. Parmi les différentes possibilités qui interviennent en amont, pour éviter de devoir séparer à la sortie « cheminée » l’azote du CO2, on retiendra : - la voie hydrogène avec production séparation de CO2 avant combustion. Dans cette voie, ce qui est brûlé pour produire de l’énergie est l’hydrogène obtenu par reformage - la voie oxygène pour laquelle il y a production de CO2 pendant la combustion mais sans azote. Schéma 2 différentes pistes : capture post combustion (B2) 5 séparation avant combustion et « combustion » hydrogène (B3) séparation et combustion oxygène (B4) B 2) Capture post combustion du CO2 Le procédé de conversion énergétique n’est pas modifié et on capte le CO2 dilué dans les fumées de combustion. Il peut s'intégrer aux installations existantes, sans trop de modifications. De nombreux projets de centrales électriques dites « propres et sans émissions » capables de séquestrer le CO2 via l'extraction des gaz d'échappement de la chaudière sont à l'étude. Cette extraction peut utiliser une amine, qui va fixer préférentiellement le CO2, avant que celui-ci soit extrait, par chauffage. La pratique actuelle consiste après un premier lavage (refroidissement et élimination des poussières) à injecter le mélange gazeux dans une colonne (absorber) où il interagit avec la solution d’amine, qui va fixer le CO2. L’azote et l’oxygène sortent vers le haut de la colonne tandis que la solution d’amine contenant les produits de la réaction exothermique entre l’amine et le CO2, en sort vers le bas. La solution enrichie en CO2 doit être réchauffée pour libérer le CO2 qui doit être, à son tour, purifié, par condensation, de l’eau et de l’amine résiduelle. Pour ce, avant l’entrée dans la colonne de désorption, cette solution enrichie en CO2 sera mélangée, avec un courant réchauffé d’amine de recyclage (pris au pied de cette colonne de désorption). Le tout sera réinjecté en haut de cette même colonne. L’amine la plus utilisée est le mono éthanol amine (MEA, de formule NH2-CH2-CHOH) qui par réaction avec le CO2 donne un acide aminé. La re-séparation du CO2 de l’amine, consomme de l’énergie. Comme il faudra ensuite comprimer, globalement dans le cas d’une centrale au charbon, le rendement, initialement de 45 %, retombe à 35 % (ordre de grandeur) pour prendre en compte les énergies nécessaires à l’ensemble des opérations. Schéma 3 : installation de capture de CO2 (réf IFP) 6 B 3) Capture pré combustion du CO2 La capture pré combustion vise à extraire le carbone à la source. Elle peut passer par la voie hydrogène qui peut être fabriqué par reformage (idem fabrication gaz de synthèse) La gazéification est réalisée à uploads/Geographie/ sequestration-du-co-resume 1 .pdf