extraire le CO2 de l’air et l’utiliser pourrait représenter un trillion de dollars

Il s’agit de la première partie d’une série en quatre parties sur le captage et l’utilisation du carbone (CCU), l’industrie en pleine croissance qui se consacre à l’utilisation du dioxyde de carbone capturé dans l’atmosphère pour lutter contre le changement climatique. La deuxième partie concerne la récupération améliorée du pétrole en tant qu’utilisation du CO2, et la troisième partie concerne d’autres utilisations industrielles du CO2. Le quatrième article examine la façon dont les décideurs devraient aborder les technologies du CCU. Cette pièce a été initialement publiée en septembre.,

Les scientifiques estiment généralement que pour maintenir la hausse de la température moyenne mondiale à 1.5 degrés Celsius par rapport à la base préindustrielle — un niveau de réchauffement « sûr” — l’humanité doit stabiliser la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone à environ 350 parties par million.

Cette année, nous avons atteint environ 410 ppm. Il y a déjà trop de CO2 dans l’atmosphère. À ce stade, pour garantir un climat sûr pour les générations futures, nous ne devons pas seulement réduire les émissions; nous devons extraire du CO2 de l’atmosphère.,

étant donné que les émissions mondiales de carbone continuent d’augmenter et qu’il y a des centaines de gigatonnes sur le chemin des infrastructures existantes de combustibles fossiles, presque tous les modèles utilisés par le groupe D’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) qui nous montre que nous atteignons un climat sûr impliquent l’enfouissement de gigatonnes »

Il existe de nombreuses formes d’émissions négatives, mais le seul moyen d’éliminer suffisamment de CO2 sera probablement de le retirer directement de l’air et de l’enfouir sous terre dans des aquifères Salins, un processus connu sous le nom de capture et de séquestration du carbone (CSC)., Avec CCS, le CO2 est traité comme un déchet qui doit être éliminé correctement, tout comme nous traitons les eaux usées et tant d’autres risques de pollution.

Combien de CO2 devront être enterré? Évidemment, il est impossible de savoir à l’avance; les modèles du GIEC varient dans la vitesse à laquelle ils montrent des émissions en baisse. Plus les émissions diminuent rapidement et tôt, moins le CSC sera nécessaire. Plus ils tombent lentement et plus tard, plus cela sera nécessaire.,

un article publié en 2017 dans Nature Climate Change estime le « fardeau d’atténuation” total — c’est — à-dire la quantité totale d’émissions qui doivent être évitées d’ici à 2050 pour rester sous les degrés 2-à 800 gigatonnes. (Bien que le GIEC dise que 1.5 degrés est l’objectif vraiment sûr, de nombreux scientifiques pensent que c’est irréalisable; 2 degrés reste un objectif extrêmement ambitieux.) Le document estime que même si les réductions d’émissions sont réussies, entre 120 et 160 gigatonnes devront être séquestrées pendant cette période.,

Une autre façon de dire que, même compte tenu des hypothèses optimistes sur la décarbonisation, nous finirons probablement par émettre beaucoup plus que notre budget carbone, nous devrons donc enterrer entre 100 et 200 gigatonnes de CO2 pour revenir en dedans. Et, bien sûr, nous devrons enterrer des centaines de gigatonnes de plus dans les années après 2050.

pour donner une idée de l’échelle, cela signifie que d’ici 2030, l’humanité doit comprimer, transporter et enterrer une quantité de CO2, en volume, qui est de deux à quatre fois la quantité de fluides avec laquelle l’industrie pétrolière et gazière mondiale traite aujourd’hui. Pour construire une industrie de cette envergure, d’ici cette date, nous devons commencer aujourd’hui, avec des recherches et des déploiements à grande échelle. Le prix de la capture du CO2 dans l’air doit être réduit rapidement.

Mais il y a un problème: enfouir le CO2 n’a pas d’avantages économiques à court terme., En l’absence d’un prix assez ferme sur le carbone, destiné à mettre une valeur sur ses avantages à long terme, CCS ne s’efface pas. Il n’y a aucune incitation pour les entreprises à le faire et donc aucune incitation à mieux capter le carbone.

la solution facile à ce dilemme serait un prix mondial du carbone, mais cela ne semble pas se produire. Alors, comment, en l’absence d’un prix du carbone, la capture du carbone de l’industrie va?

Voici une idée: pendant un certain temps au moins, plutôt que d’enterrer le carbone, les entreprises qui le capturent pourraient le vendre.,

L’Utilisation du CO2 pourrait fournir une impulsion pour la capture du carbone

Le dioxyde de carbone est un produit ayant une certaine valeur. Il est utilisé, à la fois directement et comme matière première, par une gamme d’industries et l’est depuis plus d’un siècle.

la plupart du CO2 utilisé par les industries aujourd’hui est un sous-produit des processus de combustibles fossiles, souvent à partir de gaz naturel ou de centrales au charbon produisant de l’ammoniac; c’est-à-dire qu’il provient de sous la surface de la Terre. Tout comme la combustion de combustibles fossiles, elle transfère le CO2 de la géosphère à l’atmosphère.,

Mais si le CO2 retiré de l’air devenait plus abondant et moins cher, il pourrait commencer à concurrencer le CO2 terrestre. En théorie, toute industrie qui utilise le carbone sous terre – pour le carburant, les boissons, directement dans les processus industriels, comme matière première pour créer d’autres produits, ou quoi que ce soit — pourrait passer au CO2 capté par l’air.

L’Utilisation du CO2 de l’air pour les produits et services est connue sous le nom de capture et d’utilisation du carbone (CCU). Selon certaines estimations, il s’agit d’un marché potentiellement de 1 billion de dollars d’ici 2030. Et cela pourrait avoir deux grands avantages.,

Premièrement, il pourrait réduire les émissions de CO2, en partie en séquestrant une partie du carbone de façon permanente dans des produits durables et en partie en remplaçant des processus à forte intensité de carbone, évitant ainsi des émissions qui se seraient produites autrement.

pour être clair, le CCU ne réduira jamais assez de CO2 pour éviter le besoin de CSC (c.-à-d. enfouir le carbone). Même pas proche. Le tonnage de CO2 que l’humanité émet est tout simplement inférieur au tonnage de produits à base de carbone qu’elle consomme.

mais CCU pourrait être un outil utile dans la ceinture d’outils de décarbonisation., Comme l’a dit un article récent,  » chaque atome de C que nous pouvons recycler est un atome de carbone fossile laissé dans le sous-sol pour les prochaines générations qui n’atteindra pas l’atmosphère aujourd’hui. »Selon une estimation optimiste, le CCU pourrait réduire jusqu’à 10% des émissions mondiales totales d’ici 2030.

Deuxièmement, la demande de CO2 entraînée par le CCU pourrait rapidement attirer le marché, ce qui aiderait à mettre la technologie de capture du carbone à l’échelle et à réduire ses coûts, de sorte qu’elle soit prête lorsque les décideurs politiques se mettront enfin à soutenir sérieusement le CSC. Il pourrait servir de « rampe d’accès » au CSC.,

un guide sur le monde complexe et déroutant de l’utilisation du carbone

Il s’agit d’une zone chaude et en développement rapide dans le monde climatique et énergétique. Il y a toutes sortes de recherches en cours sur les nouvelles utilisations du CO2, toutes sortes de projets pilotes en cours, toutes sortes de startups qui apparaissent, et toutes sortes d’informations confuses et de battage médiatique qui flottent. Voyons donc si nous pouvons régler ça.

Voici comment se déroulera cette série de messages., Dans cet article, nous examinerons brièvement les deux principales sources de capture industrielle du carbone et les moyens de base utilisés actuellement par L’industrie pour le CO2, juste pour s’orienter.

dans le deuxième post, nous aborderons le sujet épineux de la récupération améliorée du pétrole (re), qui est de loin la plus grande utilisation industrielle actuelle de CO2.

dans le troisième article, nous examinerons de plus près les principaux marchés non liés au CO2, tels que les matériaux de construction et les carburants, et leur potentiel total, tant en termes économiques qu’en termes de carbone.,

et dans le dernier post, nous examinerons la voie à suivre pour le CCU, les types de politiques de soutien dont il a besoin et, en prenant du recul, la bonne façon de le voir dans le contexte global de la lutte contre le climat.

Ça va être amusant! Vous ne verrez plus jamais le CO2 de la même manière.

variétés de capture du carbone

tout d’abord, soyons clairs sur ce que je veux dire quand je parle de tenir debout une industrie industrielle de capture du carbone.,

Une grande variété de processus « naturels” absorbent et séquestrent le carbone, sur terre (forêts et sol), sur les côtes (zones humides et mangroves) et dans l’océan. La capacité d’absorption du carbone de ces processus peut être améliorée avec une gestion humaine intelligente-par exemple, le programme LandCarbon du US Geological Service — et ils peuvent jouer un rôle important dans la lutte contre le climat.

Mais dans ces articles, nous parlerons plutôt de capture de carbone industrielle, des machines construites pour absorber le CO2 de l’air via des réactions chimiques., Nous n’entrerons pas dans les différentes chimies et technologies impliquées (il y en a beaucoup, et elles sont compliquées), mais il vaut la peine de garder à l’esprit une distinction.

le CO2 peut être extrait des gaz de combustion — flux de déchets produits par la production d’électricité ou d’autres procédés industriels — ou il peut être extrait de l’air ambiant par un processus connu sous le nom de capture directe de l’air (DAC). Chacun a ses avantages et ses inconvénients.

Le grand avantage de l’extraction des gaz de combustion est que le CO2 est concentré, à peu près une molécule sur 10, alors que dans l’air ambiant, c’est une molécule sur 2 500. Les lois de la chimie étant ce qu’elles sont, il faudra toujours moins d’énergie pour tirer un matériau d’une source déjà concentrée. Sur la base du prix des matières premières, le CO2 des gaz de combustion sera probablement toujours moins cher que le CO2 produit par le CAD.

Mais le CAD a des avantages qui lui sont propres. Premièrement, il est géographiquement agnostique., Il n’a pas besoin d’être attaché à quelque chose ou construit dans un endroit particulier. Le CO2 est également concentré dans l’air partout dans le monde, de sorte que le cad peut être construit n’importe où dans le monde, partout où le CO2 est nécessaire, éliminant ainsi les coûts de transport. Il est plus petit, plus modulaire et plus adaptable.

Deuxièmement, contrairement à toute autre forme de capture du carbone, terrestre ou industrielle, Le CAD n’est limité que par les coûts. Il peut évoluer jusqu’à n’importe quelle taille, en fonction uniquement de notre volonté de dépenser de l’argent., C’est pourquoi beaucoup dans le domaine croient que le CAD est la technologie d’émissions négatives la plus prometteuse à long terme.

(NB: il existe des entreprises comme Global Thermostat avec des technologies qui, selon elles, peuvent capturer le carbone de l’une ou l’autre source.)

comme nous le verrons, diverses options pour CCU peuvent être mieux adaptées à une forme de capture ou à l’autre.

l’utilisation du CO2 et son potentiel

avec tout ce contexte, voyons comment le CO2 est actuellement utilisé.,

Voici un graphique de la Royal Society du Royaume-Uni qui présente les options de base:

en commençant par le bas: le CO2 peut être utilisé directement, dans les serres, pour carbonater des boissons, ou pour améliorer la récupération du pétrole (la plus grande utilisation actuelle), ou il peut être transformé, via une grande variété de L’une des conversions chimiques avec le plus grand potentiel, au sommet, est la combinaison de CO2 avec de l’hydrogène pour fabriquer des carburants d’hydrocarbures synthétiques.,

Ce graphique de la Global CO2 Initiative de L’Université du Michigan donne un peu plus de détails sur les produits résultants:

certains de ces processus et produits sont plus avancés dans le développement du marché que d’autres; certains ont un plus grand potentiel d’atténuation du carbone que d’autres; certains ont un plus grand potentiel (Nous examinerons tout cela de plus près dans le troisième article.)

Une distinction à garder à l’esprit pour l’instant concerne la durée pendant laquelle chacune de ces options séquestre le CO2.

pour la plupart d’entre eux, c’est un temps relativement court., Par exemple, si le CO2 capturé est utilisé pour fabriquer des carburants synthétiques, les carburants sont ensuite brûlés, puis le CO2 est rejeté dans l’atmosphère. Il s’agit du recyclage du carbone (ou de l’upcycling), pas de la séquestration du carbone.

La récupération améliorée du pétrole peut se faire de concert avec la séquestration géologique permanente du carbone, mais c’est rarement le cas aujourd’hui. (Nous allons regarder cela de plus près dans le deuxième post.)

parmi les différentes autres catégories de CCU, seuls les matériaux de construction (et éventuellement de nouveaux matériaux comme la fibre de carbone) peuvent prétendre séquestrer le CO2 de manière semi-permanente., Lorsque vous injectez du CO2 dans le béton, le béton est ensuite utilisé dans un bâtiment qui pourrait durer jusqu’à un siècle; puis, si le bâtiment tombe, le béton peut être brisé et réutilisé. Le CO2 reste en place, lié chimiquement.

Cette distinction est importante pour envisager le potentiel d’atténuation total du CCU. Seule une petite partie de celle-ci peut prétendre être carbone-négative; son potentiel de séquestration est limité. Pour la plupart, son avantage viendra du remplacement des processus à forte intensité de carbone par des processus neutres en carbone, évitant ainsi les émissions de carbone., (Et même ce potentiel peut être limité; plus à ce sujet dans le quatrième poste.)

tout cela signifie, Encore une fois, que CCU ne remplacera jamais CCS. Au mieux, cela aidera à jeter les bases du CSC.

dans sa feuille de route historique 2016 pour les industries CCU, L’Initiative mondiale sur le CO2 était extrêmement optimiste sur le potentiel d’atténuation de CCU, arguant qu’elle pourrait considérablement aider à atteindre les objectifs climatiques de Paris.,

Il convient de noter que ces projections optimistes ne sont pas universellement partagées; l’estimation du potentiel d’atténuation de la feuille de route se situe au sommet des études récentes. Une évaluation du GIEC de 2005 a conclu avec tristesse que « l’échelle de l’utilisation du CO2 capturé dans les processus industriels est trop petite, les temps de stockage trop courts et le bilan énergétique trop défavorable pour que les utilisations industrielles du CO2 deviennent importantes en tant que moyen d’atténuer le changement climatique. »

pourtant, beaucoup de choses ont changé depuis 2005. Les énergies renouvelables sont devenues moins chères et la conversion du CO2 s’est améliorée., À tout le moins, le CCU est l’une des nombreuses technologies susceptibles de réduire le carbone qui mérite beaucoup plus d’attention et de soutien que ce qu’elle reçoit actuellement des décideurs.

la Politique n’encourage pas vraiment la pensée à long terme, mais 2050 n’est pas si loin, et 2030 est encore plus proche. Maintenir la température « bien en dessous » de 2 degrés, l’objectif de l’ONU, ne signifie pas seulement atteindre des émissions nettes nulles d’ici 2050, comme le soutiennent désormais la plupart des candidats démocrates à la présidence. Cela signifie également renforcer la capacité d’enfouir des centaines de gigatonnes de carbone., Dans la mesure où le CCU peut aider à y parvenir — une question ouverte, pour l’instant — il vaut la peine d’être poursuivi.

dans la deuxième partie, nous examinerons de plus près la récupération améliorée du pétrole, l’utilisation actuelle dominante du CO2. D’une part, il utilise des infrastructures qui pourraient facilement être réutilisées pour la séquestration du carbone dans des zones qui ont tendance à convenir à la séquestration du carbone. D’autre part, il habilite les compagnies pétrolières. Nous serons aux prises avec ce dilemme.,