La distillation cryogénique: une technologie prometteuse pour la captation du carbone

Le captage et le stockage du carbone (CCS) englobent un ensemble intégré de technologies permettant d’empêcher le rejet dans l’atmosphère de grandes quantités de CO₂ libérées par l’utilisation des combustibles fossiles. La chaîne CCS se compose de trois parties: capter le dioxyde de carbone, le transporter sur un site de stockage par bateau ou par pipeline, et l’utiliser comme ressource pour créer des produits ou des services de valeur, ou le stocker profondément dans des formations géologiques.

 

Les technologies de CCS – qui peuvent être appliquées dans le secteur industriel et dans la production d’électricité – pourraient jouer un rôle important dans la réalisation des objectifs énergétiques et climatiques. Dans le Scénario de Développement Durable de l’AIE, le captage et le stockage du CO₂ représentent 7 % des réductions des émissions mondiales cumulées nécessaires dans le monde d’ici 2040. Cela implique une augmentation rapide du déploiement du CCS, passant d’environ 30 millions de tonnes (Mt) de CO₂ actuellement capturé chaque année à 2 300 Mt par an à l'horizon 2040.^[1]

 

 

En 2019, il y avait 17 installations de captage et de stockage du CO₂ dans le monde - dont environ 70 % en Amérique du Nord - capturant 31,5 Mt de CO₂ par an, dont 3,7 Mt sont stockées géologiquement. La plupart sont des centrales industrielles et non des centrales électriques.^[2]

 

 

Ses utilisations couvrent une gamme diversifiée d'applications industrielles ainsi qu’une réduction remarquable du CO₂ provenant des gaz issus des procédés ou des rejets au cours du traitement du gaz naturel. Dans le premier cas, selon la technologie, le CO₂ est séparé du H₂ (pré-combustion), du N₂ (post-combustion) et du H₂O (oxy-combustion, qui brûle des hydrocarbures avec de l'oxygène pur), tandis que dans le traitement du gaz naturel, le CO₂ est séparé du CH₄ et des hydrocarbures légers^[3]. Les technologies de captage du CO₂ sont disponibles sur le marché mais sont généralement coûteuses et représentent environ 70 à 80 % du coût total d'un système CCS complet.^[4]

 

 

Les principales technologies de séparation du CO₂ pouvant être appliquées pour isoler le CO₂ du flux de gaz de combustion/gaz combustible avant le transport sont l'absorption (processus le plus mature), l'adsorption, le bouclage chimique, la séparation par membrane, la séparation à base d'hydrate et la distillation cryogénique.^[4]

 

 

Le procédé de distillation cryogénique est le suivant : les gaz de combustion contenant du CO₂ sont refroidis à la température de désublimation (-100 à -135 °C), puis solidifiés. Le CO₂ est séparé des autres gaz légers et comprimé à une pression élevée de 100 à 200 fois la pression atmosphérique. La quantité de CO₂ récupérée peut atteindre 90 à 95 % des gaz de combustion. La distillation étant conduite à une température extrêmement basse et à une pression très élevée, il s’agit d’un procédé énergivore, de l’ordre de 600 à 660 kWh par tonne de CO₂ récupéré sous forme liquide. Plusieurs procédés brevetés ont été mis au point et les recherches ont principalement porté sur l’optimisation des coûts. Le CO₂ est obtenu sous forme liquide avec des avantages en termes de transport du CO₂ (pas besoin de compresseurs, mais utilisation de pompes). Il est adapté aux fortes teneurs en CO₂.^{[3, 4]}

La technologie de captage cryogénique du carbone est une technologie relativement récente mais faisant l’objet de travaux de développement intenses. Par ailleurs, la distillation cryogénique est utilisée depuis de nombreuses années dans l'industrie pour la récupération de CO₂.^[4]

 

 

Il existe actuellement très peu de projets de CCS à grande échelle utilisant la distillation cryogénique ^[3]. Il convient toutefois de noter qu'une installation utilisant cette technologie est en construction dans une usine d'engrais de la ville de Zibo, dans la province de Shangdong, en Chine. Une fois opérationnelle, elle devrait capter 400 000 tonnes de CO₂ par an.^[5]

 

 

^[1] IEA, Carbon capture, utilization and storage. Disponible via ce lien.

^[2]Global CCS Institute, Facilities Database. Disponible via ce lien. 

 

 

^[3] de Queiroz Fernandes Araújo O. , Luiz de Mederos J. Carbon capture and storage technologies: present scenario and drivers of innovation. Current Opinion in Chemical Engineering, Aug. 2017. Disponible via ce lien.

^[4] Leung D. Y. C. et al. An overview of current status of carbon dioxide capture and storage technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews , November 2014. Disponible via ce lien.  

^[5] Asia Times, China aims to capture greenhouse gases. Disponible via ce lien.