L’utilisation de la postcombustion en industrie

Qu’est ce que la postcombustion ?

Postcombustion : principe et définition

La postcombustion est un procédé de capture du dioxyde de carbone (CO2) pour éviter que ce dernier soit présent en trop grande quantité dans l’atmosphère.

Car on le sait, la combustion de ressources fossiles comme le charbon, le gaz naturel ou le pétrole, est à l’origine de la hausse des niveaux de CO2 et du réchauffement climatique.

Le procédé de postcombustion fait partie des techniques existantes pour retenir le dioxyde de carbone juste après son émission. Elle s’apparente à une technologie de Carbon Capture and Storage (captage et stockage géologique du CO2), au même titre que la précombustion ou l’oxycombustion.

Concrètement, la postcombustion consiste à capter le CO2 des sites industriels comme dans les lieux où l’on fabrique du ciment, du fer, du pétrole ou des produits chimiques. Le captage repose sur le recueil des fumées de combustion des installations industrielles à l’aide de solvants, juste avant leur évacuation dans l’atmosphère.

Puis, le carbone est compressé et transporté jusqu’au lieu de stockage définitif. Le transport se fait via des gazoducs, des citernes ou des méthaniers. Enfin, le CO2 est injecté dans des formations géologiques comme des anciens gisements de pétrole.

Utilisation et schéma de la postcombustion

La postcombustion regroupe différentes technologies pour collecter et empêcher le CO2 de rester dans l’atmosphère. Au cours de cette opération, les fumées de combustion des industries sont séparées du dioxyde de carbone.

La plupart des technologies existantes sont développées pour répondre aux enjeux de réduction de l’impact carbone et des gaz d'échappement des centrales de production d’énergie de charbon ou de gaz. 

La technologie de postcombustion la plus mature est celle dite par absorption aux amines ou cap. Elle est installée et déployée en grande majorité dans les centrales charbon. Le Co2 est extrait à partir d’un solvant chimique à base d’amines ou de liquides ioniques. L’ajout de ce solvant permet la séparation du CO2 des autres composants des fumées.

Les autres techniques de postcombustion connues sont les suivantes : 

• La cryogénie avec laquelle le CO2 est solidifié à très basse température par givrage. Le développement de cette technique a néanmoins été freiné car elle est trop consommatrice d’énergie;
• La postcombustion par adsorption consiste à créer un phénomène d’adsorption entre un solide microporeux comme le charbon actif et le CO2. La technique est au stade de développement;
• Le cycle calcium : cela consiste à capter le CO2 à l’aide de chaux vive pour fabriquer du calcaire. Ce dernier est ensuite séparé du CO2 grâce à la chaux vive;
• La séparation membranaire est la technique de séparation du co2 par une membrane poreuse métallique ou en céramique.

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La postcombustion dans la réduction des émissions

Impact sur les émissions de gaz à effet de serre

La technique de la postcombustion est étudiée et a été développée face à l’enjeu du réchauffement climatique.

En effet, l’augmentation des quantités de CO2 dans l’atmosphère due aux activités humaines nous met face à un défi de taille : trouver des solutions rapidement.

L’Accord de Paris pour le climat, signé en 2015, est un traité international qui vise à maintenir l’augmentation de la température moyenne de la Terre au-dessous de 2°C par rapport aux niveaux préindustriels. 

Or, l’exploitation des énergies fossiles est la cause principale d’émissions de CO2. Ainsi, pour faire baisser ces émissions, trois solutions se dessinent : 

• Viser l’efficacité ou la sobriété énergétique;
• Le remplacement des énergies fossiles par des énergies renouvelables grâce à la transition énergétique;
• Le captage et le stockage du CO2.

Cette dernière solution est envisagée comme une solution viable. Dans le rapport Net Zero by 2050, a roadmap for the global energy sector de l’agence internationale de l’Énergie, le système de captage et stockage du CO2 pourrait permettre de réduire jusqu’à 15% des émissions globales des énergies fossiles d’ici la moitié du siècle.

Exemples d'applications et zones de présence 

La postcombustion peut permettre de décarboner l’industrie française sous certaines conditions. En effet, cette pratique ne peut être appliquée sur tous les sites industriels. Les conditions techniques, géologiques et économiques doivent être réunies.

En France, l’ADEME a identifié trois lieux sur lesquels le captage et le stockage du carbone pourraient être adéquats. L’exemple le plus connu est celui du site de Dunkerque, il est actuellement en cours de déploiement sous le nom du projet “3D”. 

Sur ce lieu, la technique de postcombustion pour le captage des gaz d'échappement des fumées du site de production d’acier d’ArcelorMittal va permettre de capter le CO2 et le séparer des autres fumées. Ainsi, lorsque le site sera fonctionnel, il devrait capter 0,5 tonne de CO2 par heure, soit plus de 4000 tonnes par an. 

Les autres lieux identifiés pour le captage du CO2 en France se situent autour du Havre et Lacq.

En Europe, les projets de captage et stockage CO2 sont nombreux, notamment dans les pays d’Europe du Nord et de l’Ouest. Dans certains pays, la technologie est devenue une priorité nationale comme en Norvège (projet Northern Light qui prévoit le stockage du CO2 sous la mer du Nord), au Royaume-Uni ou au Pays-Bas.

Au total, dans le monde, 19 projets de captage et de stockage géologique (CSC) existent à ce jour. Ils sont principalement installés sur des unités d’exploitations pétrolières et gazières.

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Postcombustion : Quels avantages et opportunités ?

Les avantages de la postcombustion

La technique de la postcombustion est la technique de captage du CO2 la plus aboutie à ce jour. Or, face aux enjeux de réchauffement climatique, elle s’apparente à être une solution efficace. 

Grâce au stockage de CO2, l’AIE déclare qu’il serait possible de capturer jusqu’à 20% de nos émissions actuelles d’ici 2050. Les bénéfices de cette technologie ne sont donc plus à prouver : c’est une solution d’avenir à coupler avec d’autres techniques pour une transition énergétique viable. 

De même, le sixième rapport du GIEC publié entre 2021 et 2023 met en avant différentes solutions pour limiter le réchauffement climatique à +2°C d’ici 2030. Les nouvelles technologies comme celle de la postcombustion sont des options qu’il est important de considérer pour réduire l’impact de secteurs industriels très polluants.

Au-delà des considérations de réduction de nos émissions, c’est aussi un atout pour tendre vers une meilleure qualité de l’air. En réduisant les polluants atmosphériques, on améliore la qualité de l’air et in fine, la santé humaine. Car les polluants émis lors de la combustion d’énergies fossiles (émissions d’oxyde d’azote ou d’oxyde de soufre) sont l’une des causes de plusieurs problèmes de santé publique majeurs (troubles respiratoires, maladies cardiovasculaires, etc).

L’autre avantage indéniable de la postcombustion est sa capacité à être déployée sur des installations industrielles variées. Si les conditions sont réunies, la postcombustion pourrait permettre de réduire les émissions d’industries variées telles que l’énergie, les transports ou encore la production d’acier.

Quels défis et contraintes techniques à lever ?

La première difficulté pour que l’utilisation de la postcombustion dans l’industrie soit déployée à grande échelle est la question de l’enjeu technique à relever.

C’est un fait : cette technologie se doit d’être étudiée et maîtrisée à chacune des étapes : au moment du captage de CO2, du transport et de son stockage. L’établissement des lieux de stockage est un enjeu majeur : il faut trouver un site sûr qui ne présente aucun risque. Pour trouver ces lieux de stockage, des dizaines années d’observation et d’études sont nécessaires.

D’une façon générale, la postcombustion peut être délicate à mettre en place. D’abord en raison de la variabilité des combustibles, ou encore face aux contraintes de conception des sites industriels visés. Enfin, il faut être en mesure de prévenir et éviter les réactions secondaires indésirables qui peuvent avoir lieu lors du processus de postcombustion.

L’autre frein majeur au déploiement de cette solution de décarbonation pour l’industrie est son coût. Comme toutes les technologies émergentes, elle représente un investissement très important. À ce jour, le prix du quota de carbone émis grâce à ce système est inférieur aux dépenses que les industriels doivent engager.

Dernièrement, la technologie de postcombustion la plus développée se fait à partir d’amines (solvants). Ces amines comme solvant de captage peuvent être considérées comme des déchets dangereux. Il est donc nécessaire de réfléchir à l’impact environnemental final de cette démarche (tant au niveau de la consommation d’eau nécessaire à chaque étape, et au niveau des solvants utilisés).

L’enjeu d’un déploiement à grande échelle

À ce jour, différents freins restent à lever pour que la technique de postcombustion s’impose chez tous les industriels.

La première chose à développer est celle des lieux de stockage de CO2. Aujourd’hui, il faut compter entre 5 et 10 ans pour développer un site de stockage viable, quelle que soit la capacité géologique de confinement d’un lieu car il nécessite des années d’observations.

De plus, un autre défi majeur à relever est celui de l’acceptation sociale de cette nouvelle technologie. Comme toute nouvelle technologie, elle fait craindre des risques aux populations. Cela a été le cas pour le projet Barendrecht12 au Pays-Bas où la population locale a été contre le stockage géologique du CO2 dans un ancien réservoir de gaz non exploité situé sous une ville. L’opposition locale a été si forte que le projet a été annulé. On devine donc que le déploiement d’infrastructures offshore (sous-marins) sera plus facilement accepté que les projets onshore (sous terre).

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