L’Islande lance une technologie visant à capter le CO2 et l’enfouir dans la roche pour battre le dérèglement climatique 

Atlantico : Il s’est tenu récemment l'inauguration officielle de la plus grande machine au monde pour aspirer le carbone de l'air, Climeworks. Une machine alimentée par la géothermie qui représente l’un des rares espoirs de développement dans notre monde climatiquement en péril. Comment cette infrastructure fonctionne ? Comment inverse-t-elle le processus d’émission du carbone ?

Myriam Maestroni : L’Islande, pays qui vient d’inaugurer cette nouvelle installation permettant de capter le CO2 de l’air, est l’exemple d’un pays en première ligne sur le front de l’urgence climatique. En effet, le pays en fait les frais avec des glaciers qui s’amenuisent d’année en année et qui auraient déjà perdu 7% de leur surface totale soit 750 km2 depuis le début des années 2000[1] sous l’effet du réchauffement climatique.  Ce n’est pas neutre pour cette « terre de glace » recouverte sur plus de 10% de sa surface par des glaciers qu’on estime à plus de 10.000 km2… et qui avait été bouleversé par la disparition, relayée dans le monde entier, en 2014, de l’un de ses glaciers (OK ex-Okjökull).

Ces éléments de contexte permettent probablement de mieux appréhender combien les espoirs placés dans la nouvelle installation située sur le plateau volcanique de Barren près du lac Myvatn et justifient l’engouement suscité par la récente inauguration de l’usine d’Orca (« Energie » en islandais), qui a été démarré en septembre dernier. C’est l’alliance de Climeworks, une start up suisse issue de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich, fondée en 2009, et déterminée à retirer 1% du CO2 émis dans le monde d’ici 2025 et des équipes de chercheurs internationaux de CarbFix, en Islande, qui ont permis de réaliser ce projet scruté par les experts, les journalistes et autres financiers du monde entier.

Le lieu n’a pas été choisi par hasard puisque l’idée est à la fois de profiter de l’énergie produite par une centrale géothermique à proximité, mais également d’enfouir le CO2 pétrifié (par une réaction de minéralisation grâce aux roches basaltiques), à plus de 1000 mètres sous terre, en profitant de ces lieux désertiques.

L’usine à « aspirer » le C02 affiche pour première ambition de débarrasser l’atmosphère de 4.000 tonnes de CO2 par an, se convertissant ainsi en plus grande unité d’aspiration-conversion de CO2 au monde…. Néanmoins, l’objectif visé serait, déjà, de pouvoir absorber 10.000 tonnes de plus car la volumétrie est encore bien en deca des besoins. En l’état actuel, Orca pourrait compenser, en une année, l’impact carbone de l’équivalent des émissions de 870 voitures sur leur durée d’utilisation ou de 4.000 vols Paris-New York… pour certains une goutte d’eau dans un océan… mais, pour d’autres un petit ruisseau qui pourrait un jour s’unir à d’autres pour créer de grandes rivières.

En soi le processus de captage direct de CO2 (également appelé DAC -Direct Air Capture-) est connu. La technologie employée parait assez simple, car en pratique 12 grands ventilateurs aspirent l’air ambiant majoritairement composé d’azote (78%), d’oxygène (environ 21%), et dans le 1% restant on trouve parmi bien d’autres gaz les GES dont le CO2 (environ 412 parties par million ou ppm soit 0,04% du total). Il s’agit donc filtrer d’immenses masses d’air en passant par des filtres éponge (évidemment assez sophistiqués) afin de séparer ce CO2 extrêmement dilué de l’air pur. Une soufflerie monte en température sur ces filtres et permet d’extraire à 100°C de température ces toutes petites quantités de dioxyde de carbone qui grammes après grammes et kilo après kilo deviendront des tonnes…. Le gaz est ensuite plongé dans de l’eau et envoyé très loin sous terre dans une roche réservoir, poreuse et perméable. La réaction chimique sous l’effet de la température et de la pression permet au gaz carbonique de se densifier et de se loger dans la porosité de la roche. En refroidissant il se fige de façon définitive dans un délai de 2 ans environ, ce qui reproduit à vitesse accéléré un processus naturel qui se fait sur des milliers d’années (en France, on a découvert huit gisements naturels de CO2 qui se sont formés il y a des millions d’années).

L’énergie requise pour alimenter l’usine (nécessaire pour aspirer de grandes quantité d’air et pour le chauffage des filtres notamment) provient d’une installation géothermique située à proximité du site. Il est bien évident que le recours à une énergie renouvelable décarbonée est une condition sine qua non pour que le bilan carbone de l'installation soit négatif. Climeworks annonce, d'ailleurs, des performances encourageantes avec une efficacité de 90 % en termes d'émissions de CO2sur toute la chaîne de valeur, c’est-à-dire que l'usine émet 10 % du CO2 qu'elle capture.

Tous les grands dirigeants investissent tous les ans des milliards de dollars pour la recherche sur la capture directe de l'air. Quel est l’enjeu pour notre futur d’améliorer la technologie de capture du CO2 ?

Cette question est au cœur de l’actualité quelques semaines, à peine, après la Cop 26, qui, rappelons-le, avait dû être reportée d’un an à cause de la pandémie liée au Covid 19. Ainsi, à Glasgow, en novembre dernier, on a bien pris acte globalement de la nécessité impérieuse de limiter le réchauffement climatique à 1,5°C, un seuil qui pourrait être atteint dès 2030, selon les calculs du GIEC, si on ne réalisait pas d’efforts additionnels pour réduire les émissions mondiales de CO2 d’au moins 45% d’ici à 2030 par rapport aux niveaux d’émissions de 2010 et atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. Dans l’état actuel des choses le monde se trouve sur une trajectoire d’accroissement des émissions de +16% d’ici à la fin de la décennie. Un énorme écart qui illustre l’ampleur du défi à relever.

La Cop 26 a clairement mis en évidence qu’on était encore loin du compte. Le total des engagements de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) à horizon 2030, initialement de 52,4 Gigatonnes (Gt) avant la Cop (à comparer aux 59,1 Gt émises en 2020 et probablement un niveau assez similaire en 2021), a été sensiblement amélioré pour atteindre un niveau à 41,9 Gt …. mais pour atteindre l’objectif souhaité à horizon 2030, donc dans moins de 10 ans, on devrait avoir limiter l’ensemble des émissions de GES à 26,6 Gt par an.

En d’autres termes, si on veut limiter la hausse des températures à 1,5°C,le GIEC calcule que l’ensemble des pays du monde ne peut pas se permettre d’émettre plus de 400 à 500 milliards de tonnes de C02 dans l’atmosphère (« budget carbone »).

Cette course contre la montre explique la mobilisation générale avec une déclinaison des objectifs de réduction par pays autour d’un enjeu prioritaire de réduction, et d’élimination à terme, de la consommation des énergies fossiles, à commencer par le charbon le plus émetteur d’entre elles.

Pour l’Europe, qui avait affirmé avant tous les autres, sa volonté de devenir « carbone neutre » en 2050, l’enjeu prioritaire est d’avoir réduit ses émissions de 30% en 2030. Cette étape est considérée comme nécessaire pour atteindre moins 55% en 2050 par rapport au niveau de 1990, prévu dans le cadre du « Fit for 55 ». Pour mémoire, l’objectif précédent de moins 40%, avait déjà été rehaussé, en avril 2021, par le Parlement et les États membres de l’UE qui ne prévoyaient, d’ailleurs, pas seulement de réduire les émissions, mais bien d’augmenter les contributions des absorptions (de nature à porter l’objectif à 57%).

Il est donc évident que la pression est forte pour réduire ces émissions par tous les moyens. Pour parvenir au « Net 0 » à 2050 (« zéro émissions nette » ou « neutralité carbone ») il s’agit bien de réussir à afficher un solde net d’émissions égal à 0, et donc de retrancher du CO2 émis le CO2 capté par différents moyens, dont prioritairement les puits de carbone naturels -que constituent les forêts, les océans ou encore les sols- et bien sûr les puits de carbone artificiels au travers de système de séquestration ou plus marginalement encore de captation du C02 de l’atmosphère dans l’exemple donné précédemment.

Lorsqu’on parle de milliards investis il est sans doute important de bien distinguer les procédés de capture (ou captage) et stockage du CO₂ (CCS en anglais), aujourd’hui de plus en plus industrialisé de ce qui a été évoqué précédemment, à savoir la captage direct de C02 (ou DAC en anglais), encore très marginal. Ces technologies de CCS sont principalement destinées à purifier l’air atmosphérique en captant le CO2 à la source[2]. Elles concernent en priorité les industries lourdes -telles que les aciéries, cimenteries ou encore les raffineries et centrales thermiques- responsables de près du tiers des émissions de CO2 dans le monde. Il s’agit là de récupérer le CO2, émis par ces industries et ensuite de le stocker (ou de le séquestrer) dans des réservoirs souterrains suffisamment vastes et étanches. Pour ce faire on a recours à d’anciens réservoirs d’hydrocarbures (pétrole ou gaz), des aquifères salins, d’anciennes mines de charbon ou de sel. Cette opération est assez simple, mais elle s’avère très onéreuse en raison de l’éloignement des réservoirs, surtout dans le cas d’une installation sur site émetteur, qui peut se trouver très distante d’un réservoir approprié, car il faut y cheminer le C02 en le transportant par canalisations, bateaux, ou encore par camions s’il s’agit de petites quantités.

D’autres pistes sont investiguées mais on est encore loin d’aboutir, même si des pistes alternatives notamment liées à l’hydrogène vert apparaissent. Sur le plan économique, la rentabilité des projets s’améliore peu à peu notamment grâce à la meilleure prise en compte du prix du carbone encore très volatile (pour différentes raisons dont la fameuse question des quotas) et bien en deçà de la valeur qui refléterait le coût global des externalités climatiques mais qui augmente et devrait continuer à augmenter sensiblement dans les années à venir.

Pour le moment, seulement quelques usines ontété crééesen Islande etenChine. L'usine Islandaisearrive à capter environ4000tonnes de CO2 par an.Aquel rythme ces initiatives peuvent-elles avoir un impact réelet quel coût auront-elles ?

Il est clair que face à la baisse annuelle de plus de 25 Gt (soit pour s’exprimer dans la même unité 25 milliards de tonnes) à réaliser, les 4.000 tonnes ressemblent à une mini goutte d’eau dans un gigantesque océan… et peuvent alimenter le scepticisme de ceux qui doutaient sans doute déjà de l’ensemble des moyens mobilisés dans la lutte contre le changement climatique. Pourtant, l’idée de venir renforcer les leviers du net 0 par la captation directe de CO2 dans l’air est une bonne idée… qui commence d’ailleurs à intéresser les industriels. C’est ce qui ressortait d’ailleurs, d’un colloque organisé en novembre dernier à la Maison de la Chimie sur cette question du captage direct de C02 dans l’atmosphère. Il faut dire que l’urgence climatique et les données de plus en plus claires dont on dispose pour la caractériser repoussent les limites de l’imagination et ouvrent de nouvelles pistes jusqu’alors vues comme négligeables ou improbables.

Les premières prévisions un peu plus ambitieuses commencent à émerger avec des premières projections pouvant permettre de capter 10 millions de tonnes de CO2 par an d’ici une dizaine d’années.

C’est ce qui explique que la technologie Climeworks commence à intéresser de grandes multinationales telles qu’Air liquide qui a lancé en septembre 2019 une offre de C02 capté dans l’air par ce procédé pour des utilisations comme la croissance de biomasse sous serre ou la production de boissons gazeuses. Le champion du C02 suivait l’exemple de Coca-Cola qui avait, fin 2018, annoncé vouloir utiliser le CO2 Climeworks dans une de ses boissons.

Climeworks a le soutien de marques influentes, comme Shopify et Microsoft, qui ont acheté de futurs prélèvements de CO2 au fur et à mesure de l'expansion de l'installation, et fait egalement partie d’un consortium lancé l’an dernier avec Norsk e-fuel pour produire des électro-carburants à partir de C02, d’eau et d’électricité renouvelable.

On commence à identifier les avantages de cette technologie mais le coût du CO2 capté reste encore très élevé, à un niveau de 4 à 6 fois supérieur aux méthodes de captation classique, et dépend fortement du prix de l’énergie -qui doit absolument être verte ou bas carbone- utilisé. A terme et dans une logique de passage à l’échelle (valable pour bien d’autres technologies caractéristiques du nouveau paradigme éco-énergétique) ces coûts devrait baisser à des niveaux plus compétitifs pour « atteindre 200 euros par tonne de CO2 capté d’ici 2040 » selon David Nevicato à la direction R&D de Total. A nouveau l’évolution du prix du carbone sera déterminant pour qualifier ce niveau de compétitivité.

On commence également à voir émerger des technologies concurrentes. En face de la technologie d’absorption suisse de Climeworks (qui utilise des filtres permettant de capter le CO2 par des amines et de l’extraire en utilisant de la vapeur d’eau à 100°C), existe un deuxième procédé développé par la société canadienne Carbon Engineering. Cette dernière a développé un système qui recourt à des cycles chimiques en phase aqueuse. L’air - et le CO2 qu’il contient - est mis en contact avec une solution de potasse (KOH) pour former un carbonate de potassium. Le CO2 ainsi capté est ensuite transféré dans du carbonate de calcium (CaCO3) lors d’une deuxième étape. Chauffé à plus de 800°C, le CaCO3 se transforme alors en CO2 et en oxyde de calcium (CaO).

Carbon Engineering a signé en mars 2020 un partenariat avec la société pétrolière américaine Oxy pour un projet de capture de 500 000 tonnes de CO2…. malheureusement l’ambition n’est pas de lutter contre le changement climatique puisqu’il s’agit de contribuer à de l’« enhanced oil recovery » (EOR) c’est à dire injecter du CO2 dans des réservoirs pétroliers pour récupérer plus de pétrole…

Une troisième société américaine, Global Thermostat,  travaille également sur une autre technologie de DAC et a également signé un partenariat avec la société pétrolière et gazière Exxon Mobil pour recycler le CO2 capturé.

Si les technologies peuvent être concurrentes les ambitions stratégique peuvent divergent. Cela fera partie des problématiques à approfondir dans le futur !

Actuellement, aucune autre méthode n'est assez puissante pour capturer les 10 gigatonnes de dioxyde de carbone par an que la National Academy of Sciences prescrit. Comment allons-nous techniquement pouvoir déployer des centaines d’usines comme celle-là ?

L’Académie nationales des Sciences a effectivement publié un rapport expliquant que pour parvenir à réduire les émissions de CO2 au niveau souhaité il était nécessaire de prendre en compte la captation d’environ 10 Gt de CO2/an. Cette ambition est déjà prise en compte dans l’approche du Net 0 désormais mondialement actée. Cette étude évoquait notamment les puits carbone naturels (vs artificielles) en l’occurrence lithosphériques (sols et sous-sols, tourbières, toundra…), hydrosphériques (mers, océans, lacs et rivières de plus en plus acides) et biosphérique (végétaux… dont les forêts). Rappelons que ces puits de carbone naturels dont les forêts restent fondamentaux et contribuent aujourd’hui majoritairement à accumuler les quantités de carbone les plus importantes via la photosynthèse. Selon l'ONU/FAO « l'expansion des plantations d'arbres pourrait compenser « 15 % des émissions de carbone des combustibles fossiles » dans la première moitié du xxi^e siècle sous réserve qu'elles ne le relarguent pas prématurément notamment à cause des incendies de plus en plus fréquents et absolument gigantesques (l’Australie, la Sibérie, la Californie en sont de tristes exemples récents). Le rapport évoquait des pistes d’optimisation de ces puits naturels, qui sont évidemment à suivre avec beaucoup d’attention.

Le puits de carbone artificiels évoqués plus haut sont encore très marginaux par rapport aux puits naturels.

Aujourd’hui il y a dans le monde une trentaine d'installations de taille industrielle qui captent le CO2émis par diverses industries (CCS) pour éviter de le relâcher dans l’atmosphère, puis qui le stockent dans le sous-sol de manière permanente. Elles permettent d’éviter le rejet de 40 millions de tonnes de CO2par an.

En matière de captage direct, selon l'IEA, il existe 19 usines opérationnelles dans le monde qui pour la plupart ne sont encore que des projets pilote. 15 d’entre sont exploitées par la société suisse Climworks dont Orca aujourd’hui devenue la plus grande machine de DAC au monde. L'équipe de Climeworks prévoit de faire évoluer l'usine d'Orca d'ici 2024 et vise un déploiement mondial en 2027, ce qui, selon elle, permettrait de multiplier par cent l'élimination du CO2.

Par ailleurs, des installations de DAC à grande échelle sont prévues aux États-Unis et en Écosse. Carbon Engineering espère à terme aspirer 1 million de tonnes de CO2 dans son installation située dans le Bassin permien entre le Texas et le Nouveau-Mexique. Cela équivaudrait à retirer environ 200 000 véhicules de la circulation.

Affaire à suivre quoi que puisse en dire les moins enthousiastes dont le climatologue Peter Kalmus qui a salué l’initiative tout en estimant que « seul un imbécile parierait l’avenir de la planète là-dessus » Lors de la mise en service de la centrale DAC Orca en septembre dernier… oubliant de saluer l’idée qui m’est chère que « tout compte ! »

J’en profiterai pour faire le constat de la complexité croissante de ce nouveau paradigme éco-énergétique qui émerge jour après jour nous obligeant à de grandes remises en question et à une plus grande exigence en termes de précision et de compréhension des enjeux et des solutions possibles.