Présentation

Toutefois, les avantages environnementaux nets de ces systèmes ne peuvent être évalués uniquement par la quantité de CO2 capturée dans la cheminée. Une évaluation complète du cycle de vie (LCA) est nécessaire pour tenir compte des émissions et de la consommation de ressources à toutes les étapes, de l'extraction des matériaux et de la fabrication d'équipement par l'exploitation, l'entretien et le déclassement éventuel. Cette approche révèle à la fois les avantages réels du climat et les coûts environnementaux cachés qui déterminent si un déploiement donné de captage de carbone sera un positif net pour la planète.

Le captage du carbone n'est pas une technologie unique, mais une famille de processus qui diffèrent en chimie, en demande d'énergie et en intégration avec les installations existantes.Les systèmes les plus courants sont le captage post-combustion, le captage précombustion, la combustion d'oxycombustion et le captage direct de l'air émergent.Chaque voie présente un profil distinct du cycle de vie qui influe sur sa performance environnementale réelle.

Comprendre les technologies de captage du carbone : une perspective du cycle de vie

Les technologies de captage du carbone sont conçues pour intercepter le CO[2[ avant qu'il ne pénètre dans l'atmosphère, soit à partir de flux industriels concentrés, soit à partir de l'air ambiant. Le CO[2 capturé peut ensuite être comprimé, transporté et stocké sous terre (séquestration géologique) ou utilisé dans des produits tels que les combustibles synthétiques, les produits chimiques ou les matériaux de construction.

Capture après la combustion

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Capture avant combustion

2 élimination dans le processus de conversion du combustible avant combustion.2], qui subit une réaction de déplacement du gaz d'eau pour produire de l'hydrogène et du CO2. Le CO2] est séparé avant que l'hydrogène ne soit brûlé dans une turbine à gaz. Toutefois, les notes globales du système exigent un investissement en capital supérieur et des équipements de processus plus complexes.

Combustion à l'oxygène

2 et la vapeur d'eau. Après condensation de l'eau, on obtient un flux de CO2[qui nécessite une séparation plus étroite. Le principal fardeau du cycle de vie provient de l'unité de séparation de l'air (UAS) qui produit l'oxygène, qui consomme environ 15 à 25 % de la production d'électricité de la centrale. 2. Une ALC complète par Laboratoire national de technologie de l'énergie (NETL)[ a montré que la combustion d'oxygène avec captage et stockage du carbone (CSC) peut souvent absorber plus de 95 % de CO2, mais augmente le retrait de l'eau par 10 à 30 % et double la charge minimale de la centrale à moins de 50 %, ce qui réduit la capacité de production de CO[FLT:]2[FLT:]2[F=100][F=100][F=

Capture directe d'air (CAD)

Les émissions de CO22]2]2]2]2]2]2]2]2222222222222222222222]22]2[FTC:2]2]2]2[Fil est unique que le CO[FTM

Méthodologie d'évaluation du cycle de vie des technologies de captage du carbone

L'évaluation du cycle de vie est régie par les normes ISO 14040 et 14044, qui définissent quatre phases : la définition de l'objectif et de la portée, l'analyse d'inventaire, l'évaluation des impacts et l'interprétation. Pour les PCC, l'unité fonctionnelle est généralement de 1 tonne de CO[2 captée, 1 MWh d'électricité produite avec capture, ou le CO[2 évité. La limite du système doit comprendre les émissions directes, l'approvisionnement en carburant en amont, les matériaux de construction et les processus de fin de vie pour l'installation de capture et le CO[2.

Les mesures importantes dans la LCA du CCT comprennent :

  • Désorption du dioxyde de carbone (DAC) Efficacité:[ Le rapport du CO[2 prélevé de l'atmosphère au CO[2 prélevé, en tenant compte de toutes les émissions du cycle de vie.
  • Pénalité énergétique:[ Augmentation de la consommation d'énergie primaire par unité de production utile lorsque la capture est appliquée, généralement de 15 à 30 % pour les centrales électriques.
  • Possibilité de réchauffement planétaire (PRG):[ Cycle de vie PRG par tonne de CO2 capté ou par MWh, y compris les contributions en amont et en aval.
  • Fond d'empreinte hydrique:[ Prise totale d'eau (retrait et consommation) par tonne de CO2[ capturée, qui peut être critique dans les régions soumises à un stress hydrique.
  • Éco-toxicité et toxicité humaine:[ Effets des produits de dégradation des solvants, des émissions d'amines (p. ex. nitrosamines) et des métaux lourds de corrosion ou d'impuretés gazeuses.

Les données d'inventaire du cycle de vie des PCC sont de plus en plus disponibles dans des bases de données publiques comme la base de données des PCC des États-Unis et la base de données Ecoinvent. Toutefois, la qualité des données varie et de nombreuses études reposent sur des données d'usines pilotes qui ne reflètent pas nécessairement les opérations commerciales à grande échelle.

Avantages environnementaux des technologies de captage du carbone : un regard plus profond

Réduction des émissions de CO[2

[[Les systèmes de postcombustion peuvent capter 85 à 95 % du CO2 des gaz de combustion, tandis que les systèmes de précombustion et d'oxycombustion atteignent souvent des taux de captage de 90 à 98 %. Lorsqu'ils sont appliqués aux centrales existantes de charbon et de gaz naturel, ils peuvent se traduire par des centaines de millions de tonnes de CO2 évités annuellement par grande installation. Pour les industries comme le ciment, l'acier et le raffinage, où les émissions de procédés font partie intégrante des réactions chimiques, le captage du carbone est pratiquement la seule technologie disponible pour la décarbonation profonde à l'échelle.

Atténuation des changements climatiques et réduction des dépassements de température

Les modèles d'évaluation intégrée utilisés par le Rapport spécial du GIEC sur 1,5°C montrent que les technologies de captage du carbone sont une composante nécessaire de presque tous les scénarios qui limitent le réchauffement climatique à 1,5°C ou 2°C. Sans les PCC, le coût de l'atténuation du climat augmente de 40 à 120 % et la faisabilité de respecter les objectifs de température diminue fortement.Les avantages climatiques du cycle de vie des PCC sont plus prononcés lorsqu'ils sont déployés parallèlement à l'expansion rapide de l'énergie renouvelable, créant un réseau d'électricité négatif au carbone lorsque la biomasse est utilisée comme combustible. Ceci est connu sous le nom de bioénergie avec captage et stockage du carbone (BECCS).

Co-avantages environnementaux secondaires

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Défis environnementaux et échanges de produits

Pénalités énergétiques et émissions indirectes

La réduction de la charge parasitaire réduit la puissance nette d'une centrale de 15 à 30 %, ce qui signifie qu'il faut brûler plus de combustible pour produire la même quantité d'électricité. Si l'énergie supplémentaire provient de sources fossiles, l'évitement net de CO[2. Une étude de 2021 dans Nature Energy[ a calculé que le PRG du cycle de vie d'une centrale à charbon à charbon à charbon à charbon à combustion continue est d'environ 0,12 à 0,18 kg CO]2 eq par kWh, comparativement à 0,04 à 0,05 pour une centrale à vent ou à énergie solaire. Cela démontre que si le PCC réduit considérablement les émissions comparativement aux centrales fossiles non absorbées, il est encore plus élevé que les énergies renouvelables.

Dégradation, déchets et toxicité des solvants

Les solvants d'amine utilisés pour la capture après combustion se dégradent au fil du temps en raison de l'oxydation, de la décomposition thermique et de la réaction avec les SO[2 et NO[2. Les produits de dégradation comprennent l'ammoniac, le formaldéhyde et les nitrosamines potentiellement cancérogènes.Ces substances peuvent être émises dans l'atmosphère par le gaz de combustion traité ou accumulées dans le solvant, nécessitant un remplacement et une élimination périodiques.Les évaluations du cycle de vie effectuées par Institut de recherche sur l'air de la Norvège indiquent que les émissions d'amines provenant d'une centrale à gaz avec CCS peuvent contribuer à l'eutrophisation régionale et à l'écotoxicité, avec des quotients de danger pour les nitrosamines de la gamme de 0,1 à 1 (ce qui signifie que la concentration moyenne approche le seuil pour les effets chroniques).

Décharge des ressources en eau

Les systèmes de captage du carbone augmentent à la fois le retrait et la consommation d'eau. La demande de refroidissement pour l'unité de captage et le train de compression CO[2 augmente la charge thermique de l'usine. Pour les systèmes de refroidissement en boucle ouverte, le retrait d'eau peut augmenter de 25 à 40 %; pour les systèmes en boucle fermée avec tours de refroidissement, les pertes d'évaporation (consommation) augmentent de 30 à 50 %. Dans les régions arides où l'eau est déjà rare, cette empreinte hydrique accrue peut compenser les avantages climatiques ou rendre le déploiement impossible.

Risque de fuite de CO2

Bien que la sécurité du stockage soit généralement élevée pour les sites bien choisis et gérés (la rétention sur 99 % sur 1 000 ans est attendue pour de bons champs), le risque de fuite ajoute de l'incertitude au bénéfice net du climat. Si même une petite fraction du CO stocké[2 s'écoule dans l'atmosphère au fil du temps, le PRG du CSC du cycle de vie augmente. La fuite peut se produire par des failles, des fractures ou des puits abandonnés. Le GIEC suggère que, pour un stockage bien réglementé, le taux de fuite annuel est probablement inférieur à 0,1 % de la masse stockée, mais que, pour une surveillance moins rigoureuse, il pourrait être de 0,5 à 1 %. Sur une période de 100 ans, un taux de fuite annuel de 0,1 % signifie que 9,5 % du CO stocké]2 revient à l'atmosphère, ce qui réduit les avantages nets de capture, ce qui signifie que les capteurs de la température de vie sont plus critiques, si les coûts de la vie sont plus élevés.

Maximiser les avantages environnementaux du cycle de vie : stratégies et innovations

Intégration avec les énergies renouvelables

Lorsque la séparation entre les sources d'énergies renouvelables et les sources d'énergie solaire, éolienne ou hydroélectrique est le plus efficace, les émissions indirectes de la production d'énergie sont presque éliminées, ce qui porte le facteur d'évitement net à 90–95 % pour le captage après combustion. Cette approche est particulièrement réalisable pour le DAC, qui peut être situé dans des endroits ensoleillés ou venteux et alimenté par des installations renouvelables dédiées. Plusieurs entreprises construisent maintenant des installations de DAC avec des fermes solaires co-implantées pour réaliser des opérations négatives de carbone.

Solvants et sorbants avancés

De nouveaux matériaux tels que les cadres métal-organiques (MOF), les sorbants d'amines solides et les liquides ioniques promettent une énergie de régénération plus faible, des taux de dégradation plus faibles et des capacités plus élevées de CO[2. Les évaluations du cycle de vie des systèmes de captage à base de MOF montrent une réduction de 30 à 50 % des besoins énergétiques par rapport aux AME, ce qui entraîne une baisse correspondante du cycle de vie du PRG.

Utilisation de la chaleur et intégration de la chaleur

Dans les cimenteries, par exemple, les gaz d'échappement des refroidisseurs de clinker peuvent fournir une fraction de l'énergie thermique nécessaire pour la récupération du CO2, ce qui améliore l'efficacité globale du cycle de vie. De même, l'intégration de la chaleur dans les centrales électriques utilisant des pompes à chaleur ou un stockage thermique de l'énergie peut réduire la charge parasitaire.

Politique et tarification du carbone

Le crédit d'impôt de 45Q des États-Unis, par exemple, prévoit 85 $ par tonne de CO2 stocké pour le captage direct de l'air, mais le paiement ne fait pas de distinction entre le stockage et l'utilisation. Un prix du carbone plus raffiné qui tient compte du cycle de vie du PRG encouragerait les améliorations technologiques et l'utilisation d'énergie propre. De plus, les normes de méthodologie de l'ACV (par exemple, exigeant une hypothèse de 1 000 ans de permanence du stockage) aideraient à aligner l'investissement privé sur les résultats climatiques réels.

Conclusion : Le calcul environnemental net

L'évaluation des avantages environnementaux des technologies de captage du carbone pour le cycle de vie révèle une image nuancée. Lorsqu'elles sont déployées avec des sources d'énergie appropriées et l'intégrité du stockage, les CCT peuvent obtenir des réductions nettes importantes du CO[2 et servir d'outil indispensable pour les secteurs qui ne peuvent pas entièrement électrifier ou décarboner par les énergies renouvelables seulement. Le captage après combustion sur les usines de gaz naturel peut éviter 75 à 85 % des émissions sur une base de cycle de vie; BECCS et DAC peuvent produire des émissions négatives nettes si elles sont alimentées par de l'énergie propre.

La réflexion sur le cycle de vie nous assure de ne pas échanger un problème environnemental contre un autre, et que les technologies de captage du carbone que nous construisons aujourd'hui contribuent réellement à un climat stable et viable demain. La recherche continue, l'ACV transparente, la réglementation robuste et l'innovation ciblée détermineront si le captage du carbone devient la pierre angulaire de notre réponse climatique ou un détour coûteux. La réponse ne réside pas dans une technologie unique mais dans l'évaluation complète du cycle de vie de la façon dont nous produisons, consommons et gérons les matériaux qui sous-tendent la civilisation moderne.