La capture et le stockage du dioxyde de carbone

La capture et le stockage du dioxyde de carbone
La consommation mondiale de combustibles fossiles a entraîné en 1990 le rejet dans l'atmosphère d'environ 22 milliards de tonnes équivalentes de dioxyde de carbone. Le niveau de rejet était de 14,6 milliards de tonnes en 1970, il a ainsi augmenté de 50% en 20 ans.
Le déstockage de carbone de la biomasse, qui résulte de la déforestation en zone intertropicale ainsi que d'autres évolutions dans l'utilisation des sols, s'est traduit au cours de la décennie 80 par une injection supplémentaire de CO2 dans l'atmosphère de l'ordre de 6 milliards de tonnes par an.
L'utilisation des combustibles fossiles est le principal facteur de l'accroissement de la concentration de CO2 dans l'atmosphère que l'on constate actuellement. Cet accroissement induit un renforcement de l'effet de serre et tend par conséquent à provoquer une augmentation des températures moyennes à la surface de la terre. On estime ainsi que les centrales thermiques produisent environ 1/3 des émissions. Ce sont des endroits ou le dégagement de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est centralisé, et permettrait un traitement du CO2.
Figure 1: Emission de Gt équivalent carbone par an et par secteur
(Source: IFP)
Les technologies de capture et de stockage géologique du CO2 ont pour objectif de réduire les émissions de CO2 liées à l'utilisation de combustibles fossiles et rendre ainsi leur utilisation compatible avec les objectifs de réduction d'émission de gaz à effet de serre.
Il existe trois grands axes de capture du CO2 lors des procédés de combustion:
la capture post­combustion
la capture pendant la combustion dite oxycombustion
la capture pré­combustion
Capture en pré­combustion
Ce procédé permet de conserver les installations en place, c'est à dire que l'on ne change pas le processus de fonctionnement, mais on insère, au niveau du traitement des fumées, un procédé permettant la séparation du dioxyde de carbone
Air + Combustible
Extraction
CO2
Combustion Fumées
N2+H2O
CO2
Dans ce procédé, le problème principal, et le large volume de fumées diluées en CO2 et a faibles pressions.
Capture par oxycombustion
Ce procédé et relativement récent, et ne s'adapte pas sur des installations existantes, car le volume de fumées produites est nettement moins importantes, cette technique utilise pour comburant de l'oxygène pur, ce qui permet de diminuer les volumes de gaz et des installations.
Donc le CO2 est plus concentré dans les fumées, car il n'y a pas d'azote, présent a 78% dans l'air, il est donc le composé majoritaire dans les gaz de combustions.
O2 + Combustible
Combustion
Fumées
Condensation
H2O
H2O
CO2
Capture post­combustion
Ce procédé, nécessite des installations totalement nouvelles et coûteuses, mais à l'avantage d'être très peu polluant.
O2 + H2O
Vapoformage
H2 + Extraction Air
CO2
Combustion
N2 + H2O
Combustible
Cette technique utilise le vaporeformage du combustible, c'est à dire qu'on le transforme en di­
hydrogène, qui est un combustible qui ne pollue quasiment pas quand il brûle.
L'extraction du CO2 se fait à la sortie du vaporeformage, avant la combustion qui produit un gaz principalement formé de H2 et de CO2.
Exemple: vaporeformage du méthane
(1) CH4 + H2O => CO + 3H2 (en présence de vapeur à 880°C)
(2) CO + H2O => CO2 + H2
Les procédés de séparation
•
L'absorption chimique Dans ce procédé on utilise des solvants aux amines ou aux carbonates pour piéger le CO2 les
principaux problèmes et obstacles au déploiement de cette technologie de
captage sont :
- l´expérience à long terme fait défaut
- l´application de la technologie aux centrales existantes soulève des
difficultés
- les fortes charges de solvants requises contribuent à faire augmenter
les coûts de séparation
•
L'absorption physique
Ce sont ici les procédés brevetés SOLEXOL®, RECTISOL® qui sont les plus susceptibles
d'êtres retenus dans ce type de séparation.
•
Ce
Les technologies membranaires
sont
des
procédés
basés
sur
des
membranes
microporeuses
qui
stockeraient le CO2 et pourraient ensuite être régénérées. Ce type de
membranes est encore en cours de développement et n'est pas prêt a être
installé sur des installations industrielles, ainsi les coûts d´extraction (€/tonnes
de CO2) sont indéterminés.
•
La séparation cryogénique
Théoriquement très simple, cette technique consiste à séparer les différents
gaz dans les fumées en les refroidissant par palier selon leur point de fusion.
Malheureusement la formation d´hydrates de CO2 compromet l´efficacité de la
technologie qui est de plus très consommatrice d'énergie.
A l'heure actuelle, les procédés de capture du CO2 dans les fumées, restent
très coûteuses, autant énergétiquement, que économiquement. Les coûts sont
d'autant augmentés par la concentration en CO2 dans les fumées, en effet,
moins les fumées sont concentrées en CO2 plus il est chère de le capturer.
Les procédés de séquestration
Stockage en aquifères
Il existe 3000 à 10000 Gtonnes de CO2 stockables en nappes aquifères
Stockage dans les réservoirs de pétrole et de gaz ou les gisements houillers
non exploitables
Il existe dans ce cas 3000 à 10000 Gtonnes de CO2 stockables avec ce type de
séquestration.
Il est aussi possible de séquestrer le CO2 en le larguant depuis des bateaux
sous forme de neige carbonique qui va se diluer dans l'eau. Le stockage sous
marin a aussi été étudié, il consistait a injecter du CO2 en très grande
profondeur, en remontant vers la surface, il se diluerais dans l'eau ou serait
capter par des stations de pompage et n'atteindrais pas la surface. Mais ce
type de stockage ne verra probablement pas le jour car la présence de très
forte concentration de dioxyde de
carbone en profondeur empêche le
développement de la vie sous marine.
Figure 2: possibilités de séquestration du CO2
On remarque donc que les possibilités de séquestration du CO2 ne sont pas limitantes par rapport à l'ensemble des réserves connues de carbone fossile supposées transformées en CO2 qui sont d'environ 5000Gtonnes. (Sans tenir compte des hydrates de méthane)
La capacité de stockage n’est donc pas une limitation intrinsèque de la séquestration géologique de CO2.
C'est plus le coût de ces installations qui freine leur mise en place. Ce prix et d'autant plus important qu'il est majoré par le transport du CO2 jusqu'à sont lieu de séquestration. Les tarif seraient environ de 2 à 3 €/ Tonne de CO2 pour 100 Km.