Alors que les énergies renouvelables comme l'éolien et l'énergie solaire se développent rapidement, les centrales à combustibles fossiles, en particulier le charbon et le gaz naturel, fournissent encore une part importante de l'électricité mondiale. Le CSC permet de continuer à utiliser ces actifs tout en réduisant considérablement leur empreinte carbone. En captant le dioxyde de carbone (CO2) avant qu'il ne pénètre dans l'atmosphère et ne le stocke en permanence au fond, le CSC peut aider les exploitants de centrales électriques à atteindre les objectifs en matière d'émissions, à se conformer aux règlements et à prolonger la durée de vie opérationnelle des infrastructures existantes.

Comprendre la capture et le stockage du carbone (CCS)

Le captage et le stockage du carbone sont des procédés en trois étapes qui empêchent l'entrée du CO2 dans l'atmosphère. Premièrement, le CO2 est séparé des autres gaz produits pendant la combustion ou les processus industriels. Deuxièmement, le CO2 capturé est comprimé dans un état liquide dense et transporté, habituellement par pipelines, navires ou camions, vers un site de stockage approprié. Troisièmement, le CO2 est injecté dans des formations géologiques profondes, comme des réservoirs de pétrole et de gaz appauvris ou des aquifères salins profonds, où il est emprisonné en permanence.

La technologie est utilisée depuis des décennies, principalement dans les industries du traitement du gaz naturel et de la récupération accrue du pétrole (ROE). Cependant, son application aux centrales électriques est plus récente et fait face à des obstacles techniques et économiques distincts. Selon le Global CSC Institute[, en 2025, plus de 40 grandes installations de CSC sont en exploitation à l'échelle mondiale, et beaucoup plus sont en développement.

Le rôle du CSC dans la réduction des émissions des centrales électriques

L'Agence internationale de l'énergie estime que le secteur de l'énergie représente environ un tiers des émissions mondiales de CO2 liées à l'énergie. Sans le CSC, il serait beaucoup plus difficile et coûteux de parvenir à des émissions nettes nulles d'ici le milieu du siècle, surtout pour les pays qui dépendent fortement du charbon et du gaz pour l'électricité de base. Le CSC peut être adapté aux installations existantes ou intégré dans de nouveaux bâtiments, ce qui leur permet de fonctionner avec jusqu'à 90 % de réduction des émissions de CO2, ce qui est particulièrement utile dans les régions où le déploiement des énergies renouvelables est limité par la géographie, les besoins en matière de stabilité du réseau ou les limites de politique.

En outre, le CSC permet aux centrales électriques de fournir de l'électricité expéditable et fiable tout en réduisant leur impact carbone. Ceci est important pour équilibrer les réseaux avec des parts élevées de sources d'énergie renouvelables variables. Le rapport IEA=s CCUS in Power souligne que le CSC peut jouer un rôle clé dans la décarbonisation du secteur de l'électricité, en particulier lorsqu'il est combiné à la bioénergie (BECCS) pour obtenir des émissions négatives.

Intégration avec les infrastructures existantes

La remise en service du CSC aux centrales existantes au charbon et au gaz est une stratégie rentable par rapport à la construction de nouvelles centrales à faible teneur en carbone dans de nombreux cas. Le CO2 capturé peut également servir à améliorer la récupération du pétrole, ce qui génère des revenus pour compenser les coûts.

Technologies de capture du CCS en détail

Le choix de la technologie de capture dépend du type de centrale, du combustible et des besoins opérationnels.

Capture après la combustion

Cette méthode élimine le CO2 du gaz de combustion après la combustion du combustible. C'est la technologie la plus commercialement mature et peut être réaménagée dans des installations existantes avec une perturbation minimale. Les solvants chimiques, généralement à base d'amine, absorbent le CO2 du gaz de combustion, puis le libèrent lorsqu'il est chauffé.

Capture avant combustion

Dans cette approche, le combustible est partiellement oxydé dans un gazéificateur pour produire du syngas (un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone). Le monoxyde de carbone réagit alors avec la vapeur dans un réacteur à changement de cap pour produire du CO2 et plus d'hydrogène. Le CO2 est séparé avant la combustion, laissant un combustible riche en hydrogène qui brûle proprement.

Combustion à l'oxygène

Au lieu d'utiliser l'air, la combustion d'oxygène-carburant brûle le combustible dans un mélange d'oxygène pur et de gaz de combustion recyclé. Cela produit un gaz de combustion qui est principalement CO2 et vapeur d'eau, rendant la capture simple – simplement condenser l'eau. L'absence d'azote élimine la formation de NOx, mais l'unité de séparation de l'air nécessaire pour produire de l'oxygène pur consomme une électricité importante.

Chaque technologie a son propre profil de coûts, son impact sur l'efficacité et son évolutivité.La recherche menée par le U.S. Department of Energy , Office of Fossil Energy and Carbon Management , continue de réduire les coûts et d'améliorer le rendement grâce à des projets de démonstration et à des programmes de financement.

Méthodes de transport et de stockage

Une fois capturés, le CO2 doit être déplacé vers un site de stockage permanent. Les pipelines sont le mode de transport le plus courant, avec des milliers de kilomètres déjà en service en Amérique du Nord pour améliorer la récupération du pétrole.

Options de stockage géologique

Les réservoirs de pétrole et de gaz appauvris sont un choix naturel pour le stockage du CO2 parce qu'ils ont une intégrité prouvée et une géologie connue. Les aquifères salins profonds – formations rocheuses poreuses remplies de saumure – offrent la plus grande capacité de stockage au monde. Le CO2 se dissout dans la saumure et, au fil du temps, se minéralise en roches carbonées, le piégeant en permanence.

Récupération améliorée du pétrole (ROE)

L'injection de CO2 dans les champs de pétrole peut entraîner la production de pétrole brut supplémentaire qui, autrement, serait laissé de côté. Ce processus, appelé CO2-EOR, génère des revenus qui compense le coût du CSC. Cependant, les critiques soutiennent que le CSR peut prolonger l'utilisation des combustibles fossiles. L'avantage climatique net dépend de la question de savoir si le pétrole produit déplace d'autres sources à forte teneur en carbone et si le CO2 stocké dépasse ce qui aurait été émis par la combustion du pétrole récupéré.

Avantages du CSC pour la production d'électricité

  • Réduction profonde des émissions:[ Le CSC peut réduire les émissions de CO2 des centrales électriques de 85 à 95 %, ce qui les rend compatibles avec les objectifs climatiques.
  • Préserve les actifs existants : La mise à niveau du CSC évite la retraite prématurée des centrales électriques, la protection des emplois et la sécurité énergétique.
  • Supporte la fiabilité du réseau:[ Les installations équipées de CCS peuvent fournir une puissance flexible et expéditable pour compléter les énergies renouvelables variables.
  • Enables Émissions négatives:[ Lorsqu'il est combiné avec la biomasse (BECCS), le CCS peut éliminer le CO2 de l'atmosphère, offrant des émissions négatives nettes.
  • Occasions économiques:[ Le CCS crée des emplois dans les industries de l'ingénierie, de la construction, de la surveillance et du transport et du stockage du CO2.
  • Transfert technologique:[ Les progrès réalisés dans le domaine du CSC pour les centrales électriques peuvent être appliqués à des secteurs industriels comme le ciment, l'acier et les produits chimiques.

Défis et limites

Malgré sa promesse, le CCS doit surmonter d'importants obstacles pour être adopté à grande échelle.

Coûts élevés et pénalité énergétique

Les coûts d'exploitation sont également élevés en raison de l'énergie nécessaire à la régénération et à la compression des solvants. La pénalité énergétique – généralement de 15 à 25 % de la production de l'usine – signifie qu'il faut brûler plus de combustible pour produire la même quantité d'électricité, augmenter les coûts de combustible et les émissions en amont. Toutefois, les coûts ont diminué à mesure que la technologie arrive à maturité. L'AIE prévoit que d'ici 2030, le coût de l'électricité des usines équipées de CSC pourrait diminuer de 30 à 50 % avec déploiement à l'échelle.

Sécurité de stockage à long terme et perception du public

Bien que les analogues naturels et industriels (p. ex., le stockage du gaz naturel) démontrent que le CO2 peut être piégé en toute sécurité pendant des millénaires, l'opposition du public demeure un obstacle. Les collectivités situées à proximité des sites de stockage s'inquiètent souvent de la sismicité induite, de la contamination des eaux souterraines ou du rejet soudain de CO2. Une communication efficace, une surveillance transparente et des cadres réglementaires solides sont essentiels pour établir la confiance.

Exigences en matière d'infrastructure

La SCC exige un réseau de pipelines, de puits d'injection et d'équipement de surveillance qui n'existe pas dans de nombreuses régions. La construction de cette infrastructure à partir de zéro représente un investissement de plusieurs milliards de dollars qui dépend de signaux stratégiques clairs à long terme.

Viabilité économique sans tarification du carbone

Dans les provinces où les taxes sur le carbone ou les systèmes de plafonnement et d'échange de droits d'émission de carbone (p. ex. l'Europe, certaines parties du Canada et les États-Unis par l'entremise du crédit d'impôt de 45Q) sont plus attrayants, le CSC a élargi le crédit de 45Q à 85$ la tonne pour le CSC industriel et 60$ pour le CAD, ce qui a stimulé une vague de nouveaux projets.

Paysage des politiques et initiatives mondiales

Les gouvernements du monde entier reconnaissent la nécessité de la SCC et adoptent des politiques pour appuyer son déploiement.

Collaboration internationale

Des organisations comme Carbon Capture and Storage Association (CCSA)[ et Global CCS Institute[ travaillent à faire progresser le CSC par la recherche, la sensibilisation et le partage des connaissances. CCSA[ représente les intérêts de l'industrie en Europe et au-delà, tandis que le Global CCS Institute fournit la base de données faisant autorité sur les projets dans le monde entier.

Politiques et mesures incitatives nationales

  • États-Unis : Le crédit d'impôt 45Q accorde jusqu'à 85 $ la tonne de CO2 entreposée dans un entrepôt dédié et 60 $ pour la ROE. Le ministère de l'Énergie a financé plusieurs projets de démonstration à grande échelle.
  • Union européenne: le Fonds d'innovation de l'UE soutient la démonstration du CSC et le système d'échange de quotas d'émission de l'UE (SCE) fournit un prix du carbone qui incite à la capture.
  • Canada : Le système fédéral de tarification du carbone et les programmes provinciaux (p. ex., Alberta) encouragent le CSC. Le projet de barrage de la frontière en Saskatchewan est une usine phare du CBS-charbon.
  • Chine : La Chine construit plusieurs grandes centrales de démonstration de CSC, notamment dans les centrales au charbon, dans le cadre de son engagement à atteindre un pic d'émissions d'ici 2030 et à atteindre la neutralité carbone d'ici 2060.
  • Australie : Le projet GNL Gorgon est l'une des plus grandes opérations de CSC au monde, en injectant du CO2 dans un aquifère salin profond au large de l'Australie occidentale.

Ces politiques sont essentielles pour combler l'écart de coûts et assurer la certitude des investisseurs.

L'avenir du CCS : intégration et innovation

Le CSC est susceptible d'évoluer au-delà de sa forme actuelle.Une tendance émergente est l'intégration du CSC à la bioénergie (BECCS) – brûler la biomasse pour la puissance et capter le CO2 résultant. Cela peut produire des émissions négatives si la biomasse est produite de façon durable.Le IPCC="S Special Report on Global Warming of 1.5°C a souligné que le CSC est l'une des principales technologies d'émissions négatives nécessaires pour atteindre les objectifs climatiques.

De plus, le CO2 capturé peut être utilisé comme matière première pour les combustibles synthétiques, les produits chimiques, les matériaux de construction (p. ex., agrégats de gazéification), et même la production alimentaire (boires carbonées, enrichissement en serre), connu sous le nom de captage et d'utilisation du carbone (CCU). Bien que le CCU ne stocke pas de façon permanente le CO2 à moins qu'il ne soit incorporé dans des produits à longue durée de vie, il crée une valeur qui peut compenser les coûts de captage.

Conclusion

La collecte et le stockage du carbone ne sont pas une panacée pour le changement climatique, mais c'est un outil indispensable pour réduire les émissions des centrales électriques, en particulier celles qui continueront à fonctionner pendant des décennies dans les pays en développement et les régions tributaires des combustibles fossiles.À mesure que les technologies de captage s'améliorent et que les coûts diminuent, le CSC peut être déployé à grande échelle aux côtés des énergies renouvelables, du nucléaire et de l'efficacité énergétique pour créer un système d'énergie réellement à faible intensité de carbone.