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www.record-net.org ETUDE N° 12-0237/1A SYNTHESE / EXTENDED ABSTRACT FRANÇAIS /

www.record-net.org ETUDE N° 12-0237/1A SYNTHESE / EXTENDED ABSTRACT FRANÇAIS / ENGLISH LES FILIERES DE VALORISATION DU CO2 ETAT DE L'ART ET AVIS D'EXPERTS CO2 REUSE. STATE OF THE ART AND EXPERT OPINION CASE OF WASTE TREATMENT ACTIVITIES septembre 2014 L. DUMERGUES, B. FAVIER, R. ALVARO CLAVER – APESA Synthèse - Etude RECORD n°12-0237/1A Créée en 1989 à l’initiative du Ministère en charge de l’Environnement, l’association RECORD – REseau COopératif de Recherche sur les Déchets et l’Environnement – est le fruit d’une triple coopération entre industriels, pouvoirs publics et chercheurs. L’objectif principal de RECORD est le financement et la réalisation d’études et de recherches dans le domaine des déchets et des pollutions industrielles. Les membres de ce réseau (groupes industriels et organismes publics) définissent collégialement des programmes d’études et de recherche adaptés à leurs besoins. Ces programmes sont ensuite confiés à des laboratoires publics ou privés. Avertissement : Les rapports ont été établis au vu des données scientifiques et techniques et d'un cadre réglementaire et normatif en vigueur à la date de l'édition des documents. Ces documents comprennent des propositions ou des recommandations qui n'engagent que leurs auteurs. Sauf mention contraire, ils n'ont pas vocation à représenter l'avis des membres de RECORD.  Pour toute reprise d’informations contenues dans ce document, l’utilisateur aura l’obligation de citer le rapport sous la référence : RECORD, Les filières de valorisation du CO2. Etat de l'art et avis d'experts. Cas des activités de traitement et valorisation des déchets, 2014, 246 p, n°12-0237/1A  Ces travaux ont reçu le soutien de l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie) www.ademe.fr © RECORD, 2014 Synthèse - Etude RECORD n°12-0237/1A 3 RESUME La présente étude s’appuie sur l’avis d’experts pour présenter différentes filières de valorisation du CO2 issu des activités de traitement et de valorisation des déchets. Emettre du CO2, principal gaz à effet de serre d’origine anthropique, est essentiellement perçu comme une contrainte dans une activité industrielle, contrainte qui se traduit par des taxes, des règlementations environnementales,… Pourtant, si on se place dans une logique d’économie circulaire, il est possible de transformer la contrainte en atout grâce à la valorisation de ce produit fatal qu’est le CO2. Actuellement, au niveau mondial, plus de 150Mt de CO2 seraient ainsi utilisées par l’industrie. En France, les estimations d’émissions de CO2 liées à l’activité de traitement de déchets atteignent jusqu’à plusieurs dizaines de millions de tonnes selon les inventaires. Le CO2 peut être valorisé de différentes façons. L’utilisation directe, sans transformation, constitue sans doute une des voies les plus utilisées actuellement par l’industrie et la filière pétrolière. L’emploi du CO2 dans ces secteurs est réel depuis de nombreuses années mais présente un potentiel de développement quantitatif limité. L’utilisation du CO2 comme matière première et « réactif » en chimie, est réalisable par différentes techniques: minéralisation, synthèse organique, hydrogénation, reformage sec, electrolyse, thermochimie… Les produits obtenus trouvent des applications comme vecteurs énergétiques, composés chimiques, matériaux de construction, … Les développements de certaines de ces techniques sont particulièrement suivies par la communauté scientifique et industrielle. C’est le cas de la méthanation qui permet potentiellement de valoriser directement le CO2 en sortie d’une ISDND et de le transformer en méthane « renouvelable ». La valorisation biologique qui consiste à utiliser le CO2 comme nutriment auprès d’organismes qui réalisent la photosynthèse (ex : algues), présente plusieurs intérêts dont celui de pouvoir utiliser directement du CO2 contenu dans les fumées d’incinérateurs. MOTS CLES CO2, Déchets, valorisation, économie circulaire, Inventaire d’émission, Récupération Assistée des Hydrocarbures, Géothermie profonde, Minéralisation ex-situ, Synthèse organique, Hydrogénation, Méthanation, Reformage sec, Electrolyse, Thermochimie, Culture de microalgues, Biocatalyse ------------------------------------------- SUMMARY CO2 emitted from anthropic activities, is perceived as a weakness (e.g. taxes, environmental regulations, impact on global warming ... ). However, in a perspective of circular economy, to re use CO2 appears to be obvious. Currently, more than about 150 millions of tones of CO2 are used by industry worldwide. In France, estimates of CO2 emissions related to the activity “waste treatment” are up to several tens of millions of tonnes according to emission inventories. The CO2 can be used in many ways. The direct use without transformation is undoubtedly one of the most currently applied by the industry and the oil activities for many years. However, the potential development is limited. The chemical conversion of CO2 used as a "chemical reactive" is achievable by different techniques: mineralization, organic synthesis, hydrogenation, dry reforming, electrolysis, thermolysis ... The products obtained have applications such as energy products, chemicals, building materials, ... The developments of some of these techniques are particularly followed by the scientific and industrial community. This is the case of “méthanation” or “power to gas” allowing potentially use the CO2 directly out of landfill sites and convert it in "renewable" methane. The biological use of CO2 as a nutrient to organisms that perform photosynthesis (eg algae), has several advantages including the possibility to use directly the "poor CO2 quality" from the incinerator exhaust. KEY WORDS CO2 uses, waste, recycling, circular economy, emission inventory, Enhanced Oil Recovery, deep geothermal, ex-situ mineralization, chemical synthesis, hydrogenation, méthanation, power to gas, dry reforming, electrolysis, thermochemistry, microalgae, Biocatalysis Synthèse - Etude RECORD n°12-0237/1A 4 Contexte et objectif de l’étude Le modèle économique actuel s’appuie très largement sur l’utilisation de ressources fossiles, non renouvelables. Ces ressources telles que le pétrole, le gaz naturel ou le charbon sont abondamment exploitées dans des secteurs variés tels que l’énergie, le transport, la chimie, … pour aboutir, en fin de cycle, à la production d’un gaz, le dioxyde de carbone (CO2), principal gaz à effet de serre (GES) d’origine anthropique. Le secteur de traitement des déchets ne fait pas exception à la règle puisque les divers procédés de traitement thermique ou biologique de déchets aboutissent à la génération de CO2. Quels que soient en amont les efforts de réduction des quantités de déchets, d’éco conception, d’optimisation des traitements, … du dioxyde de carbone est fatalement émis ce qui impliquera, de plus en plus, de prendre des mesures de réduction en aval compte tenu des impacts sur le réchauffement climatique, d’une fiscalité environnementale de plus en plus importante, etc … Dans cette optique de limitation des émissions et dans une vision générale d’économie circulaire, le CO2 peut être considéré comme un gaz d’intérêt industriel et/ou, comme une nouvelle source de carbone pour l’élaboration de composés minéraux ou organiques, d’intérêt commercial. Les débouchés et les surcoûts, associés à ces différents types de valorisations, restent, cependant, des sujets en discussion. L’objectif de cette étude est de réaliser, sur la base d'un état de l'art, un avis d'experts sur les voies de valorisation du CO2, sur les procédés de transformation associés ainsi que sur le potentiel d'émergence des différentes techniques. Context and purpose of the study The current economic model is based essentially on the use of non-renewable, fossil resources such as oil, natural gas and coal. These are used extensively in a variety of sectors like energy, transportation, the chemical industry, etc. which, at the end of the cycle, all produce a gas, carbon dioxide (CO2), the main greenhouse gas (GHG) generated by human activity. The waste treatment sector is no exception to the rule, as the different thermal or biological waste treatment procedures all end up generating CO2. Regardless off the upstream efforts made to reduce the quantity of waste, to produce eco-designs, to optimize treatment processes, etc.… carbon dioxide is inevitably given off, which will increasingly require the implementation of downstream reduction measures in view of the impacts on global warming, rising environmental taxes, etc. In this aim to limit emissions and from the more global perspective of a circular economy, CO2 can be considered as a gas with an industrial advantage and/or, as a new source of carbon for the preparation of mineral or organic compounds of commercial interest. The outlets and extra costs associated with these different means of recovery and usage are, however, still the subject of extensive debate. The purpose of this study is to give an expert opinion, based on a review of current knowledge, on the different ways of using CO2, on the associated transformation processes and on the potential each of the different techniques has of emerging. Figure 1 : Points de comparaison de différentes voies de valorisation du CO2 La première partie de cette étude présente la filière déchet en termes de potentiel de production de CO2. Plusieurs résultats d’inventaire d’émissions sont proposés et comparés à un inventaire réalisé sur un périmètre exhaustif. Dans la deuxième partie, les différentes voies d’utilisation du CO2 sont décrites en s’appuyant sur les retours de différents spécialistes du domaine. Ils mettent en lumière l’état des connaissances actuelles sur des voies de valorisation du CO2 qui s’articulent en trois catégories : utilisation directe sans transformation, transformation chimique, ou transformation biologique. The first part of this study presents the waste sector in terms of its CO2 production potential. Numerous emissions inventory results are proposed and compared with an inventory run on an exhaustive perimeter. The second part describes the various uploads/Industriel/ synth-record12-0237-1a.pdf