Le changement climatique est l'un des défis les plus urgents et les plus complexes du XXIe siècle. La hausse des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone (CO2) et d'autres gaz à effet de serre entraîne des hausses de température mondiales, perturbe les conditions météorologiques et menace les écosystèmes dans le monde entier. Pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris, qui limite le réchauffement à bien moins de 2 °C et poursuit les efforts visant à le maintenir à 1,5 °C, le monde doit non seulement réduire les émissions mais aussi éliminer de grandes quantités de CO2 déjà présentes dans l'atmosphère. Parmi les technologies d'émissions négatives, la bioénergie combinée à la séquestration du carbone, souvent appelée BECCS (Bioénergie avec captage et stockage du carbone), se présente comme une approche synergique particulièrement prometteuse.

Comprendre la bioénergie et la séquestration du carbone

Avant de plonger dans la synergie, il est essentiel de comprendre les deux composantes individuellement. La bioénergie est l'énergie dérivée de matières organiques – la biomasse – telles que les cultures énergétiques dédiées (par exemple, les herbages à bascule, les mauvaises canthus, les arbres à croissance rapide), les résidus agricoles (colonne de maïs, paille de blé), les résidus forestiers (sciure, écorce) et les déchets organiques de sources municipales et industrielles. La biomasse peut être convertie en chaleur, en électricité ou en biocarburants liquides par divers procédés, y compris la combustion directe, la gazéification, la pyrolyse, la digestion anaérobie et la fermentation. Contrairement aux combustibles fossiles, qui libèrent du carbone enfermé sous terre pendant des millions d'années, la biomasse libère du carbone récemment absorbé par l'atmosphère pendant la croissance des plantes.

Types de systèmes de bioénergie

Les systèmes de bioénergie varient considérablement en échelle, en technologie et en utilisation finale.

  • Floration directe[ –Consommation de biomasse dans les chaudières pour produire de la vapeur pour la production d'électricité ou de chaleur industrielle.
  • Gasification[ – Conversion de la biomasse solide à haute température avec un oxygène limité en un gaz de synthèse combustible (monoxyde de carbone et hydrogène), qui peut être brûlé pour l'électricité ou transformé en biocarburants ou produits chimiques avancés.
  • Pyrolyse[ – Chauffage de la biomasse en l'absence d'oxygène pour produire du bio-huile, du biochar et du gaz de synthèse. Le biochar peut être utilisé comme amendement du sol et agit également comme méthode de piégeage du carbone elle-même.
  • Digestation anaérobie – Les microorganismes décomposent les déchets organiques dans des environnements sans oxygène pour produire du biogaz (méthane et CO2), qui peut être utilisé pour la chaleur, l'électricité ou mis à niveau en biométhane pour le carburant des véhicules ou l'injection dans les réseaux de gaz naturel.
  • Fermentation – Conversion de la biomasse riche en sucre ou en amidon en éthanol (p. ex., éthanol de maïs, éthanol de canne à sucre).

Chaque technologie présente des profils distincts d'efficacité, de coût et de durabilité, ce qui influe sur leur intégration au captage et au stockage du carbone (SCC).

Comprendre la séquestration du carbone

La séquestration du carbone[ fait référence au processus de capture et de stockage du CO2 atmosphérique pour l'empêcher de contribuer au réchauffement planétaire. La séquestration peut être divisée en deux grandes catégories: biologique et géologique/technologique.

La séquestration biologique[ consiste à améliorer les processus naturels qui absorbent le CO2 par photosynthèse et le stockent dans la végétation, les sols et les océans.Par exemple, le boisement (planter des arbres sur des terres qui n'étaient pas auparavant boisées), le reboisement, les pratiques agricoles améliorées (p. ex., culture de couverture, agriculture sans labour, incorporation de biocharbon) et la restauration du carbone bleu côtier (mangroves, herbes marines, marais salés).

La séquestration géologique et technologique[ englobe des approches conçues qui captent le CO2 à partir de sources ponctuelles (usines d'électricité, installations industrielles) ou directement de l'air, puis le compressent et l'injectent dans des formations géologiques profondes telles que des réservoirs de pétrole et de gaz appauvris, des aquifères salins ou des formations de basaltes.Ceci est connu sous le nom de Capture et stockage du carbone (CCS). Le CCS peut atteindre un stockage à très long terme (en milliers d'années) et peut être appliqué à une vaste gamme de sources d'émission.

Approche synergique : Bioénergie avec captage et stockage du carbone (BECCS)

L'idée fondamentale de BECCS est élégamment simple : cultiver la biomasse, qui absorbe le CO2 de l'atmosphère par photosynthèse. Utiliser cette biomasse pour générer de l'énergie (électricité, chaleur ou combustible). Capturer le CO2 libéré pendant la combustion ou la conversion. Comprimer et transporter le CO2 vers un site de stockage géologique, l'injecter en permanence sous terre. L'effet net est un retrait du CO2 de l'atmosphère – une émission négative – parce que le carbone a été récemment capturé de l'air et ensuite stocké plutôt que rééparé.

Sur le plan mathématique, le bilan carbone d'un système BECCS peut être exprimé comme suit:

Élimination nette du CO2 = CO2 séquestré dans la biomasse – CO2 émis pendant la culture, la récolte, le transport, le traitement et le captage – toutes émissions provenant du changement d'affectation des terres + CO2 stockées de façon permanente sur le plan géologique.

Si le système est conçu de manière efficace, le résultat net est négatif: plus de CO2 est retiré de l'atmosphère que ne l'est l'ensemble du cycle de vie.

Pourquoi le BECCS est-il considéré comme une solution climatique clé?

La plupart des scénarios du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) qui limitent le réchauffement à 1,5 °C ou 2 °C reposent fortement sur des technologies d'émissions négatives, la BECCS jouant un rôle central. La raison en est que même avec des réductions agressives des émissions, certains secteurs (aviation, agriculture, industrie lourde) seront difficiles à décarboner complètement d'ici le milieu du siècle. La BECCS peut compenser ces émissions résiduelles.

L'ampleur de la BECCS envisagée dans de nombreux modèles climatiques est énorme — d'ici 2050, certains scénarios de déploiement de la BECCS captant jusqu'à 10 à 15 gigatonnes de CO2 par an, nécessitant des millions d'hectares de plantations de biomasse dédiées. Actuellement, le déploiement réel est beaucoup plus faible: en 2024, il n'existe que quelques installations de la BECCS à l'échelle commerciale dans le monde, comme le projet industriel de CSC de l'Illinois (production d'éthanol) et la centrale de Drax au Royaume-Uni (co-fiction de biomasse avec le projet pilote de CSC).

Types de voies de circulation BECCS

La BECCS peut être intégrée dans différents systèmes énergétiques:

  • Centrales à combustion de biomasse avec CCS après combustion – La configuration la plus étudiée. Le gaz de combustion d'une chaudière à biomasse passe par une unité de captage (généralement à l'aide de solvants amines) qui absorbe le CO2. Le CO2 est ensuite dépouillé, séché, comprimé et conduit jusqu'au stockage.
  • Gassification de la biomasse avec précombustion CCS – Les syngas de la gazéification subissent une réaction de déplacement du gaz d'eau pour produire de l'hydrogène et du CO2. Le CO2 est capturé avant la combustion, laissant l'hydrogène brûler dans une turbine ou une pile à combustible.
  • Production de biocarburants avec CCS – La fermentation de l'éthanol produit naturellement du CO2 de haute pureté comme sous-produit; la capture nécessite un minimum d'énergie supplémentaire.
  • Production de biochar et séquestration du sol – La pyrolyse produit du biochar, une forme stable de carbone qui peut être enfouie dans les sols ou utilisée comme matériau de construction. Bien que non géologique, le biochar peut verrouiller le carbone pendant des siècles et améliorer la fertilité du sol – une autre voie d'émission négative parfois appelée bioénergie avec stockage du carbone (BECS).

Chaque voie présente des coûts, des niveaux de préparation et des défis d'intégration différents. Les possibilités à court terme les plus rentables sont souvent offertes dans les installations d'éthanol où le CO2 est déjà séparé, ce qui nécessite peu d'investissements supplémentaires de capture.

Défis et orientations futures

Malgré sa promesse théorique, la BECCS doit surmonter de nombreux défis pratiques, économiques, sociaux et environnementaux. Pour atteindre les niveaux requis pour avoir un impact significatif sur le climat, il faudra surmonter ces obstacles par l'innovation, les politiques et une planification minutieuse.

Utilisation des terres et durabilité

La question la plus controversée est peut-être l'utilisation des terres. La production de biomasse spécifique pour le BECCS serait en concurrence avec la production alimentaire, la conservation de la biodiversité et les puits de carbone naturels (p. ex., les forêts). Les plantations monocultures à grande échelle peuvent entraîner la déforestation, la dégradation des sols, l'épuisement de l'eau et la perte de services écosystémiques.Les analyses du cycle de vie doivent tenir compte des changements indirects d'utilisation des terres (ILUC) – par exemple, si les cultures énergétiques déplacent les cultures alimentaires, de nouvelles terres peuvent être éliminées ailleurs pour compenser, ce qui pourrait entraîner des émissions nettes de carbone.

Faisabilité économique et besoins en infrastructure

Les estimations actuelles varient considérablement selon la matière première, la technologie de conversion, la méthode de captage, la distance de transport et le type de stockage.Les estimations varient de 60 à 160 $ la tonne de CO2 enlevée pour la chaîne complète (approvisionnement en biomasse, production d'électricité, captage, transport et stockage).Ceci est beaucoup plus coûteux que de nombreuses options de piégeage biologique (p. ex. boisement à 10 $–50 $/tCO2), mais comparable à la capture directe d'air (DAC) à 200 $–600 $/tCO2. Pour que le BECCS soit déployé à l'échelle, la tarification du carbone ou l'appui stratégique (p. ex. crédits d'impôt, contrats pour la différence) doivent être suffisamment élevés pour couvrir les coûts.

Efficacité de captage du carbone et pénalité énergétique

La capture du CO2 à partir de gaz de combustion dilués (généralement de 4 à 15 % de CO2 en volume) nécessite de l'énergie, habituellement sous forme de vapeur pour la régénération des solvants. Cette pénalité ] peut réduire la puissance nette d'une centrale à biomasse de 15 à 30 %, ce qui rend le système moins efficace et augmente la quantité de biomasse nécessaire par unité d'énergie.

Durée et surveillance du stockage

Pour que le BECCS puisse produire des avantages climatiques, le CO2 capturé doit rester entreposé pendant des siècles jusqu'à des millénaires. Le stockage géologique dans des formations appropriées est bien compris de l'industrie pétrolière et gazière, mais les cadres d'acceptation et de réglementation du public pour la responsabilité à long terme sont toujours en évolution. Les risques de fuite, bien que jugés faibles pour des sites bien choisis et gérés, doivent être réduits au minimum par une caractérisation appropriée du site, une surveillance par injection et une gérance après fermeture.

Acceptation sociale et politique

Le déploiement de la BECCS à l'échelle exige un soutien public pour la culture de la biomasse, les pipelines et les installations de stockage.Les expériences passées avec les projets de CSC (par exemple, Barendrecht aux Pays-Bas, Lacq en France) ont rencontré une opposition locale en raison de préoccupations concernant la sécurité, les valeurs de propriété et le manque d'engagement communautaire.La communication transparente, la participation des parties prenantes et la répartition équitable des avantages et des risques sont essentielles.

Perspectives comparatives : BECCS vs. autres technologies d'émissions négatives

D'autres technologies d'émissions négatives importantes comprennent la foresterie/reboisement (AR)[, la capture directe d'air avec stockage du carbone (DACCS)[, l'amélioration des conditions météorologiques , la séquestration du carbone du sol (SCS)[ et l'amélioration de l'alcalinité océanique (OAE). Chacun a des profils de coûts, une permanence, une évolutivité et des avantages.

TechnologyEstimated cost ($/tCO₂ removed)Storage permanenceLand footprint (ha/tCO₂/yr)Maturity
BECCS60–160Geological (high)0.1–0.5 (depending on yield)Demonstration to early commercial
Afforestation/reforestation10–50Moderate (vulnerable to reversal)0.1–0.3Mature
DACCS200–600Geological (high)NegligiblePilot to early commercial
Enhanced weathering50–200High (mineralization)Moderate–highResearch / pilot
Soil carbon sequestration10–100Low–moderate (potentially reversible)0.1–0.5Mature methods, uncertain MRV

La BECCS occupe un milieu de travail : elle offre une permanence relativement élevée et des voies technologiques établies, mais elle est confrontée à des contraintes foncières et à des coûts plus élevés que les options biologiques.De nombreux modèles d'évaluation intégrée (MEI) concluent que la réalisation d'objectifs climatiques ambitieux nécessitera un portefeuille d'approches négatives en matière d'émissions, la BECCS contribuant largement à la réduction des émissions, surtout dans la seconde moitié du siècle où les émissions résiduelles des secteurs difficiles à éliminer doivent être neutralisées.

Politique, innovation et perspectives

Pour réaliser le potentiel de la BECCS, il faudra agir de manière concertée sur plusieurs fronts :

  • Prix du carbone et incitations[ – Les gouvernements doivent établir des prix du carbone suffisamment élevés et prévisibles ou des incitations directes (p. ex., expansion de 45Q, contrats de différence du Royaume-Uni) pour combler l'écart entre les coûts actuels et la viabilité du marché.
  • Recherche et développement[ – La poursuite des investissements dans les matériaux de capture de la prochaine génération, l'efficacité de la conversion de la biomasse, la production durable de matières premières et les techniques de surveillance peuvent réduire les coûts et les impacts environnementaux.
  • La planification des infrastructures – La construction de réseaux de transport et de stockage partagés de CO2 (cabines et grappes) peut réduire les coûts par tonne et permettre aux sources de biomasse plus petites et plus distribuées de se connecter au stockage.
  • Gouvernance de la durabilité[ – Des systèmes robustes de certification et de chaîne de garde de la biomasse sont nécessaires pour prévenir la déforestation, protéger la biodiversité et garantir des émissions négatives nettes.
  • Coopération internationale – Le déploiement de la BECCS n'est pas limité par les frontières nationales; la biomasse peut être échangée et le stockage du carbone peut être crédité entre les pays.
  • Engagement du public – Un dialogue précoce et inclusif avec les collectivités situées à proximité des zones d'approvisionnement en biomasse et des sites de stockage peut susciter la confiance et répondre aux préoccupations concernant la sécurité, l'utilisation des terres et les répercussions économiques.

Dans les régions tropicales, l'éthanol de canne à sucre avec CCS pourrait être un point d'entrée peu coûteux. Dans les zones tempérées, l'utilisation de résidus forestiers et de peuplier cultivés à des fins déterminées ou de saules dans des centrales thermiques et électriques combinées avec CCS pourrait être plus appropriée. La clé est de commencer à déployer des projets de démonstration et de commerce précoce pour apprendre en faisant, en réduisant les coûts et en construisant les infrastructures et les cadres réglementaires nécessaires.

Conclusion

En combinant le cycle naturel de carbone de la biomasse et le captage et le stockage permanents, la BECCS peut fournir des émissions négatives[ qui compensent les émissions résiduelles de combustibles fossiles et contribuent à réduire les niveaux historiques de CO2. Toutefois, cette approche n'est pas sans poser de sérieux défis : concurrence foncière, coûts élevés, sanctions énergétiques, et nécessité d'une gouvernance durable solide doivent être prises en compte. La BECCS n'est pas une puce d'argent, mais elle est un élément indispensable d'une stratégie climatique globale qui comprend des réductions agressives des émissions, l'efficacité énergétique, l'expansion des énergies renouvelables et d'autres technologies d'émissions négatives.