Pourquoi chercher à valoriser le gaz carbonique ?    

Le gaz carbonique sur terre  

Le gaz carbonique: un déchet ou une ressource ?  

Mais le gaz carbonique est-il vraiment recyclable?

Capter pour Séquestrer ou Valoriser     Source: article « puits de carbone », Wikipedia

Photosynthèse: captage-valorisation par la végétation     (*) « pentoses », « trioses », « tétroses », « heptoses » resp. à 5,3,4,7 carbones (**) deux «trioses» produisent un glucose final

La photosynthèse est un phénomène complexe ! Phase obscure Source: Wikipedia Phase claire Source: Wikipedia

Source: http://carbonengineering.com     Source: http://carbonengineering.com (*) même processus que celui utilisé par les cimenteries qui correspond à 3% des émissions de GES  

Traitement Voie de valorisation Maturité Volume max Retour atmosphère     Traitement Voie de valorisation Maturité Volume max Retour atmosphère Pas de traitement 1 – récupération assistée des hydrocarbures Déjà exploité marginal Négligeable 2 – autre utilisation: gaz réfrigérant, etc Rapide Traitement chimique 3 – synthèse organique de 0.5 à 3% Assez lent 4 – minéralisation / carbonatation Long terme 100% ? (stock) ~1% (valo) Négligeable (stockage) Rapide (valorisation) 5 – hydrogénation / méthanation Court terme 10% (up to 50% ?) 6 – reformage à sec / production syngaz Moyen terme 10% 7 - électrolyse avec eau 8 – photoélectrocatalyse avec eau 9 – thermolyse avec eau Traitement biochimique 10 – microalgues en plein air 11 – microalgues en réacteurs 12 - biocatalyse

Utilisation industrielle actuelle - 150 Mt (0.5%)   (*) Pour la séquestration en général, le potentiel vu par l’AIE est de 20% des réduction d’émissions nécessaires à horizon 2050 (**) cf. catastrophe naturelle du lac de montagne à Nyos au Cameroun en 1970  

Etapes de la méthanisation de la biomasse Remarque: Si la photosynthèse est un processus naturel de captage-valorisation de CO2, la méthanisation est processus naturel d’émission de GES Source: « Etude du démarrage de processus intensifs de méthanisation », thèse de R. Cresson, Université de Montpellier, 2006

Pilotes « Power to Gas » Source: http://jupiter1000.com   Source: « Power to gas system solution – Opportunities, challenges, parameters on the way to marketability », DENA, brochure du Power to Gas Strategy Platform Source: http://jupiter1000.com

Reformage du méthane    

méthanation combustion complète reformage à la vapeur               méthanation combustion complète reformage à la vapeur             oxydation partielle reformage sec water gas shift

Méthanol  

Syngaz et procédés de Fischer-Tropsch    

Biochar Procédé moderne de pyrolyse du bois Pyrolyse, thermolyse, carbonisation: chauffage sans apport d’oxygène et sans émission de GES Evolution du procédé traditionnel de fabrication du charbon de bois (procédé de la meule) Analogue végétal de la pyrolyse du charbon (qui produit coke et syngas) Système Carbochar Source: Pronatura International.org Source: Biochar-International.org   Source: Sustainable biochar to mitigate global climate change, Woolf et al, Nature Communications, 2010

RESSOURCES NON RENOUVELABLES RESSOURCES RENOUVELABLES GROSSES INSTALLATIONS INDUSTRIELLES TRANSPORTS & USAGES DISPERSES AIR ELECTRICITE RENOUVELABLE       carbone OCEANS carbone VEGETATION Carbone HUMUS biochar biochar & arbre miracle biomasse PRODUCTION HYDROGENE METHANATION REFORMAGE SEC SEQUESTRATION Aquifères profonds Réservoirs épuisés Minéralisation carburants liquides   Un petit croquis pour tenter de résumer tout ça

Disponibilité des catalyseurs Fer Grand métal indépendant Pas de problème de réserve à moyen terme Zinc Réserves critiques à moyen terme (15 ans ?) Nickel Métal indépendant Réserves pour 40 ans Cobalt Métal sous produit dépendant des mines de Nickel ou de cuivre Platine Métal précieux, sous produit de Nickel ou de cuivre, mais non dépendant Réserves insuffisantes pour équiper une flotte mondiale de véhicules à PaC à hydrogène Lanthane et Cérium « Terres rares » en fait pas de problème d’approvisionnement à moyen terme Produit actuellement par la Chine, pourrait être produit aux USA, en Afrique du Sud et Australie moyennant investissements lourds. Source: Quel futur pour les métaux ? par P. Bihouix et B. de Guillebon, EDP Sciences 2010

Quelques remarques pour conclure Hormis les usages existants qui restent marginaux, il y a beaucoup d’effervescence R&D, quelques pilotes industriels de technologies quasi-matures, mais il n’y a pas encore de filière économiquement rentable pour le captage / séquestration ou valorisation à grande échelle La réglementation et le prix du carbone sont des paramètres importants pour la viabilité économique L’approche captage / valorisation produit de nouveaux carburants et entraîne très généralement un relargage rapide dans l’atmosphère Cela conduit à une sorte d’économie semi-circulaire des carburants Besoin énergétique important Dépendance sur l’énergie « plus propre » pour que cela ait un sens environnemental Synergie avec la production d’hydrogène Dépendance sur les métaux (catalyseurs: Fe, Ni, La, Zr, Zn, Co, Pt …) Question clé : peut-on assurer l’approvisionnement long-terme en catalyseurs ? Scénario de massification des ENR (rapport ADEME, scénario NEGAWATT): Question clé : peut-on assurer l’approvisionnement en matières premières (cuivre etc) pour les infrastructures à déployer ?

Références  

Microalgues en bassins ou en réacteurs   Source: Algae fuel, Wikipedia

    Source: «  Carbonation of Ca-bearing silicates, the case of wollastonite: Experimental investigations and kinetic modeling », Daval et al, Chemical Geology, 2009